行业领域

水利、环境和公共设施管理业

需求背景

在“碳达峰、碳中和”的背景下，节能减碳对城市发展提出了新要求。基于“两山理论”的思想指导，很多城市提出了“无废城市”和“城市矿产”的建设项目。河北保定周边矿山众多，矿山建设和生产过程中会产生大宗矿渣(BFS)及尾矿。矿渣和尾矿作为固体废弃物大量堆积，不仅会占用宝贵土地资源，还会破坏周边生态环境，甚至污染地水水。据不完全统计，全国堆存的矿渣总量超过100亿吨，且每年仍以10%左右的速度增长，而矿渣的综合利用率仅有10%左右。矿渣的几何形状与轧制碎石相似，且保定地区堆存的大量矿渣的力学强度与天然石料相近，具有代替天然石料作路基填料的潜能。此外，矿山综合治理作为河北省委、省政府着眼矿山环境、推进生态保护做出的重要部署，为大宗矿渣固废资源化利用提供政策支持。

在公路建设过程中，本着节约能源的原则，应当充分利用可再生资源，做到“变废为宝”，尽可能减少烟、气及固体废物的排放，最终达到环保、节能、减少投资的目的。利用可再生技术，挖掘废弃大宗矿渣及尾矿的再次使用功能，使其成为公路工程中的生态型工业固废建筑材料，发掘工业废料再生技术及工艺在道路工程和其他相关工程中的价值。不但可以发展新型的应用材料，也为今后铺路材料的发展开辟了新空间。

为此，本项目将开展大宗矿渣和渣土代替部分碎石用于路面基层铺筑技术研发，不仅降低了施工企业的工程造价，还能缓解天然石料不足，切合国家双碳战略的发展需要。

需解决的主要技术难题

基于对矿渣等大宗固废资源化利用的需要，本项目开展矿渣和渣土在道路工程中作为路基资源化利用相关研究。主要研究内容如下：

（1）矿渣原辅材料的化学与力学指标检测。

（2）矿渣前处理方法：包括对矿渣破碎、筛分、除杂，获取矿渣的最佳粒径并具有一定级配。

（3）原材料最佳配合比：以矿渣、碎石、石膏、石灰、水泥和外加剂等为原辅材料，通过对各矿物组分配比的正交试验，确定各组分原材料的最佳配合比；

（4）探究聚合物固化剂在矿渣利用的作用机制：模拟探究聚合物固化剂对矿渣工程性能影响及作用机制，获取最佳聚合物用量；

（5）工程应用研究：进行试验路段施工，验证实验配合比的合理性。以确定的最佳固化剂配合比铺筑100m的试验路段，以无侧限抗压强度和压实度以及弯沉值等为质量控制指标检测新筑路的力学性能。

（6）技术经济分析：从经济效益、环境效益和社会效益分析项目的综合效益和技术发展前景。

本项目的技术路线如图所示：

期望实现的主要技术目标

（1）实验室制备的聚合物固化体试块抗压强度满足规范要求：保持压实度96%，7d龄期无侧限抗压强2MPa，级配碎石的CBR值120；

（2）现场铺设至少100m的试验路段，满足二级及二级以下（次干路）的国家公路工程质量标准对路基基材的要求：压实度96%（以《公路土工试验规程》JTG E40重型击实试验法为准），7d无侧限抗压强度2MPa，基层弯沉值***。

需求解析

解析单位：河北省保定市 解析时间：2023-12-20

涂媛

保定市知识产权协会

部长

综合评价

此需求描述已足够清晰，需要解决如下问题: （1）矿渣原辅材料的化学与力学指标检测。 （2）矿渣前处理方法：包括对矿渣破碎、筛分、除杂，获取矿渣的最佳粒径并具有一定级配。 （3）原材料最佳配合比：以矿渣、碎石、石膏、石灰、水泥和外加剂等为原辅材料，通过对各矿物组分配比的正交试验，确定各组分原材料的最佳配合比； （4）探究聚合物固化剂在矿渣利用的作用机制：模拟探究聚合物固化剂对矿渣工程性能影响及作用机制，获取最佳聚合物用量； （5）工程应用研究：进行试验路段施工，验证实验配合比的合理性。以确定的最佳固化剂配合比铺筑100m的试验路段，以无侧限抗压强度和压实度以及弯沉值等为质量控制指标检测新筑路的力学性能。 （6）技术经济分析：从经济效益、环境效益和社会效益分析项目的综合效益和技术发展前景。

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