专题 | 砂石科技奖获奖项目系列报道 9——利用海洋骨料制备绿色高性能混凝土及其工程应用技术

11月3日上午，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。这是《国家科学技术奖励条例》2020年修订以后，举行的首场国家科学技术奖励大会。李克强总理在2020国家科学技术奖励大会讲话中指出：推广“揭榜挂帅”等机制，让愿创新、敢创新、能创新者都有机会一展身手，强化企业创新主体地位，推进产学研深度融合，要以更大力度打破制约创新创造的繁文缛节，深化科技体制改革，切实给科研人员松绑减负。

为促进我国砂石行业结构调整、转型升级、安全发展和高质量发展，2020年度中国砂石协会砂石科学技术奖评选出一批砂石行业重大的科技成果。为鼓励我国砂石行业科技创新、宣传砂石行业优秀成果的同时，进一步激发砂石行业科技创新活力、提升创新工作者的荣誉感，中国砂石协会组织开设“中国砂石协会科学技术奖获奖项目系列报道”，并在中国砂石协会官网和公众号等行业主流媒体上对获奖项目进行有针对性地报道，以飨读者。

项目名称：利用海洋骨料制备绿色高性能混凝土及其工程应用技术

项目编号：SS2020-J-06

中国砂石协会砂石科学技术奖 二等奖

项目团队主要完成人

团队负责人冷发光研究员、博士，中国建筑科学研究院有限公司高性能混凝土技术研究中心学术带头人，带领团队坚持“面向工程、面向企业、面向世界和面向政府”的理念，长期致力于混凝土及其衍生领域的技术研发与咨询，充分发挥中国建筑科学研究院的技术与平台优势，已为“一带一路”倡议项目肯尼亚蒙-内铁路和内-马铁路，以及马来西亚、科特迪瓦、孟加拉、云南、广东、陕西、安徽、广西、山东、贵州等地区的铁路、公路、水利以及核电等重大工程提供技术支持。

一、项目概况：

本项目组织、实施历时15年，主要以国家“十一五”科技支撑计划课题、“十三五”重点研发计划子课题、国家自然基金面上项目与青年科学基金项目、中国交建特大科技研发项目为基础，以国家标准、行业标准、团体标准等标准规范的编制为成果推广应用的抓手，以解决海洋骨料在混凝土中应用的技术问题为导向，以我国典型海域的海砂、珊瑚礁砂为研究对象，开展了海洋骨料配制混凝土的关键技术及氯离子-碳化协同作用下混凝土结构劣化机理研究，开发了海洋骨料有害物质检测仪器设备，形成了可以指导海洋骨料在混凝土工程建设中科学合理利用的成套技术。

本项目实施紧密结合实际工程需求与技术发展现状。20世纪90年代至21世纪初，我国海砂利用快速发展并应用于结构工程中，由于海砂未经科学净化处理出现了部分“海砂屋”现象，项目组通过系统研究海砂特性、净化处理技术、海砂混凝土配制技术、海砂混凝土腐蚀破坏机理等，提出了“用于配制混凝土的海砂应作净化处理，海砂不得用于预应力混凝土”，并制订了标准规范，从严控制净化海砂氯离子含量等技术指标；项目组持续研究海砂混凝土结构劣化机理与耐久性设计模型、新拌海砂混凝土氯离子快速检测技术，为海砂混凝土应用中结构耐久性设计与质量控制环节提供更为可靠的依据。随着混凝土配制技术的不断发展，超高性能混凝土应用日益广泛且具有密实度高、可有效阻断外界的氧气和水分的特点，项目组提出了采用未净化海砂配制超高性能混凝土的技术路线，开展了未净化海砂超高性能混凝土中钢筋锈蚀风险检测与评价技术研究，以期为不具备净化条件的地区提供海砂利用的新途径。近年来，海洋岛礁建设需求显著，项目组开展了珊瑚礁砂作为混凝土骨料的关键技术研究，为解决海洋岛礁建设骨料缺乏问题提供了合理出路。

二、主要创新点：

1、净化海洋骨料及其混凝土技术指标体系标准化

制订了行业标准《海砂混凝土应用技术规范》，提出了净化海砂及其混凝土的技术指标体系；开创性的提出了珊瑚骨料的微粉含量等性能指标、试验方法及质量要求，建立了珊瑚骨料混凝土的配合比设计方法，制订了《混凝土用珊瑚骨料》和《珊瑚骨料混凝土应用技术规程》。

2、未净化海砂超高性能混凝土设计技术与应用安全评价指标体系

首次采用未净化海砂配制超高性能混凝土；创新性地开展海砂超高性能混凝土护筋性能的检测评价研究，同时结合超高性能气体渗透系数建立了未净化海砂应用安全评价指标体系。

3、新拌海砂混凝土快速质量检验及大气环境中海砂混凝土结构劣化机制

研发了氯离子含量快速测试试纸；建立了海砂混凝土中氯离子结合等温方程，揭示了碳化作用下化学和物理固化氯离子释放为自由氯离子的机理，创新性提出了海砂混凝土碳化预测模型以及碳化-氯离子协同作用下海砂混凝土耐久性劣化机制与氯离子再分布模型。

三、项目应用：

依托项目成果，主编了我国首部规范海砂在混凝土中应用的行业标准《海砂混凝土应用技术规范》JGJ 206-2010以及我国首部规范珊瑚骨料及其混凝土的《混凝土用珊瑚骨料》 T/CECS 10090-2020、《珊瑚骨料混凝土应用技术规程》T/CECS 694－2020，并在《混凝土质量控制标准》GB 50164-2011、《预拌混凝土》GB/T 14902-2012、国家标准《高性能混凝土技术条件》、《高性能混凝土评价标准》JGJ/T 385-2015、《高强混凝土应用技术规程》JGJ/T 281-2012中明确了海砂使用的具体要求，同时配套完善了相应的试验方法、检验评定及仪器相关的国家标准、行业标准。为规范海砂、珊瑚骨料在混凝土中的应用提供了标准依据。分别于2010年在舟山地区和宁波地区建立了年产36万吨和100万吨的海砂净化示范生产线、年产60万m3混凝土和40万m3混凝土的两个海砂混凝土示范生产企业，并在舟山电力调度大楼、宁波长丰地区滨江地块L#和K#楼等工程中成功应用净化海砂混凝土。2015年在南海某工程（保密）中应用珊瑚礁砂混凝土；2017年，在海南省某地承担5#、7#军事工程建设项目应用珊瑚骨料混凝土；2018年，在马尔代夫中马友谊大桥中采用珊瑚礁砂配制C35预制珊瑚骨料混凝土扭王字块。

此外，项目牵头单位中国建筑科学研究院有限公司作为住房城乡建设部技术支持单位，多次协助住房城乡建设部开展建筑用海砂管理工作。2018年7月，住房城乡建设部、公安部、自然资源部、生态环境部、交通运输部、玩滚球的十大平台、商务部、国家市场监管总局八部门近日联合印发《玩滚球的十大平台：开展治理违规海砂专项行动的通知》，决定在沿海、沿长江有关省（区、市）开展治理违规海砂专项行动，项目组专家协同督查，并针对海砂在混凝土中的科学利用提出建议，已纳入《住房城乡建设部、公安部、自然资源部、生态环境部、交通运输部、玩滚球的十大平台、国家市场监督管理总局、海警局<玩滚球的十大平台：加强海砂开采运输销售使用管理工作的通知>》。

综上所述，本项目研究成果对于规范我国海洋骨料在混凝土中的应用意义重大，并作为住房城乡建设主管部门开展建筑用海砂管理和治理工作的重要决策依据。