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不遺余力推進綠色建材研發及推廣應用

——訪天津市建筑材料科學研究院有限公司研發中心副主任孫倩

來源:中國建材信息總網  撰稿人:  發布時間:2021年07月13日 瀏覽:
摘要:

“該項目所用的瀝青為石油煉化的副產物,經過技術處理后,避免了施工現場熬制瀝青,可以明顯改善施工現場工人的作業環境,降低環境污染的風險。”天津建材科研院研發中心副主任孫倩在接受中國建材信息總網采訪時表示。

  以天津市建筑材料科學研究院有限公司(以下簡稱天津建材科研院)、天津天盈新型建材有限公司、中鐵二十二局集團第四工程有限公司為主要完成單位的可再分散瀝青粉末的研制及應用研究項目,因創新性地把瀝青這種有機膠凝材料做成了遇水可再分散的粉體材料,實現有機膠凝材料——瀝青和無機膠凝材料——水泥的干粉化混合,獲得了2020年度中國建筑材料聯合會·中國硅酸鹽學會建筑材料科學技術獎科技進步類三等獎。

  “該項目所用的瀝青為石油煉化的副產物,經過技術處理后,避免了施工現場熬制瀝青,可以明顯改善施工現場工人的作業環境,降低環境污染的風險。”天津建材科研院研發中心副主任孫倩在接受中國建材信息總網采訪時表示,作為金隅集團旗下企業,天津建材科研院始終堅持生態優先,綠色發展理念,全面推進綠色建材、綠色建筑的研發及推廣應用。這種生態優先、綠色優先的發展理念,在該項目的開發中有明確的體現。

圖為項目組內部技術討論。

  實現瀝青材料干粉化生產

  據中國建材信息總網了解,可再分散瀝青粉末的研制及應用研究項目研究的是一種可再分散瀝青粉末產品,具有良好的再還原性,常溫下遇水迅速還原成乳化瀝青,是良好的水性分散體。該產品可直接與水泥等無機材料混合,實現干粉化的生產和應用。

  孫倩告訴中國建材信息總網,在該項目中,瀝青粉末應用于水泥砂漿中,水泥砂漿加水硬化,瀝青粉末遇水分散,從而形成以水泥為連續介質且含瀝青的網絡結構,能夠有效阻止水分及有害介質的滲透,實現砂漿防水、防潮、防腐及減震的功能。在此基礎上,輔以減水劑、保水劑等外加劑,又開發了一系列防水涂料、防水砂漿、修補/防護砂漿、瀝青水泥混凝土等產品,適用于建筑、市政、港工、海工、水利水電等領域有防水、防潮、防腐要求的工程。

圖為可再分散瀝青粉末成品。

  該項目的成功為瀝青材料在干混砂漿中的應用奠定了基礎,同時將瀝青材料的防水、防潮性能引入水泥體系,使改性的水泥砂漿/混凝土具有良好的防水性、抗凍性和耐腐蝕性,并拓展了瀝青粉末在防水、防腐、減震等領域的應用。

  孫倩表示,最早關注到瀝青水泥的復合材料,是高鐵施工中的水泥瀝青砂漿(簡稱CA砂漿)。CA砂漿是高速鐵路CRTS型板式無砟軌道的核心技術,主要起到支撐、減震、填充的作用。但到目前為止,這種乳化瀝青水泥砂漿并沒有在高鐵鋪裝以外的其他領域得到推廣應用。

  瀝青本身是一種傳統的且有效防水、防潮、防腐的有機膠凝材料,但瀝青及其衍生品大多需要熱施工,因而造成施工難度尤其是能耗的大幅增加。同時,瀝青在加熱過程中,釋放出大量的有毒有害物質,不可避免地造成環境污染。而且,瀝青無法與水性的水泥體系直接混合使用,只能將其先做成水性的乳化瀝青,而乳化瀝青需要引入了大量的水,又給儲存和運輸帶來了問題。

  此外,混凝土耐久性和防護修補技術是目前國際、國內關注的熱點問題。混凝土耐久性嚴重影響建筑物的使用壽命,甚至危及混凝土建筑物的正常使用和安全。特別是在沿海地區和寒冷地區,混凝土腐蝕問題更為嚴重。全世界每年用于工程修復和重建費用高達數千億美元。因此,開發一種具有優異性能的混凝土防腐材料是非常必要的,而且具有巨大的市場前景。

  在此背景下,孫倩和她的團隊產生了將瀝青做成粉末,與水泥體系混合做成干混砂漿的想法,并最終成功地將瀝青制成了一種可再分散的粉末狀產品,同時充分利用瀝青本身的優勢,改善瀝青及其衍生品在使用過程中需要加熱施工或儲存運輸困難等問題,實現了瀝青和水泥體系的干混合。

  具有良好的經濟社會效益

  一般情況下,瀝青在常溫下是液體或半固體狀態,遇熱會變軟、變粘。要實現瀝青材料和水泥材料的混合,必須將瀝青制成粉體材料,且遇水可再分散。而該項目選用的噴霧干燥工藝制粉工藝,需在100℃以上的溫度條件下,使水分快速蒸發從而得到粉末狀產品。

  在孫倩看來,噴霧干燥工藝參數的確定是該項目的最大難點。她說,剛開始的時候,她和團隊成員嘗試了多種制粉工藝,但制備的瀝青粉末不能實現與水性體系的共混,也無法實現遇水后還原成液體并發揮其本身的性能。后來,經過大量的系統實驗,篩選了很多種改性劑,最終才實現了噴霧干燥工藝制粉。可喜的是,通過噴霧干燥工藝得到的粉末,可以遇水還原成液體,并保證產品在應用于水泥體系時,加水后還可以釋放瀝青本身的性能。

圖為KYL瀝青防水砂漿應用于道路防撞墻修補防護工程。

  可再分散瀝青粉末的開發,打破了傳統瀝青的使用方法,使得瀝青這種具有優異防腐、防水、防潮性能的材料得以應用于水泥基干混砂漿中,并在道路、橋梁、建筑等各個方面得到應用和推廣。同時,項目成果擴展了瀝青材料的應用領域,為瀝青材料在干混砂漿中的應用奠定了基礎,對促進防水防腐材料的技術發展也具有重要意義。

  據孫倩介紹,可再分散瀝青粉末產品主要用于生產瀝青改性的水泥基干混砂漿或混凝土,應用于有防水、防潮、防腐要求的工程領域中。目前,產品已經在天津市赤峰橋、富民橋、天津港碼頭、鐵路隧道等工程中應用,效果良好,給企業創造利益的同時,也為客戶創造了價值,且節約了大量維修維護資金,延長了建筑物的使用壽命,具有很好的經濟社會效益。

  國家大力倡導節能減排、綠色發展,其中防水防腐材料也發揮了重要作用。該項目研究的可再分散的瀝青粉末,既解決了傳統瀝青在熱施工中給環境帶來的污染,又替代傳統乳化瀝青應用于建筑、道路、橋梁等領域,同時簡化現場混合工序,降低運輸成本,明顯提高砂漿、混凝土的耐腐蝕性能和耐久性能,為道路、橋梁、港口、碼頭、污水處理等工程鋼筋混凝土的腐蝕修補提供解決方案,有效延長混凝土建筑物的使用壽命。

  主要技術達到國際先進水平

  2016年,可再分散瀝青粉末的研制項目被天津市科學技術評價中心組織的專家組鑒定為成果達到國際先進水平;2020年,可再分散瀝青粉末的研制及應用研究項目被中國建筑材料聯合會組織的專家組鑒定為成果達到國際先進水平。

圖為KYL瀝青防水砂漿用于天津市赤峰橋人行天橋鋼橋橋面鋪裝。

  孫倩認為,該項目成果被鑒定為國際先進水平主要有3個關鍵技術和主要創新點。一是通過優選乳化劑、保護膠體和隔離劑、優化乳化和噴霧干燥工藝,解決了瀝青材料遇熱軟化變黏而無法進行噴霧干燥、易結團的技術難題,成功研制了遇水可再分散的瀝青粉末,為瀝青材料在干混砂漿中的應用奠定了基礎;二是研發的可再分散瀝青粉末摻入到水泥砂漿后顯著提高了砂漿的防水、抗滲、抗凍、柔韌性等物理力學性能;三是采用可再分散瀝青粉末制備的特種干混砂漿具有防水、防腐功能,抗裂性、柔韌性好等特點,與現有的可再分散膠粉產品相比具有明顯的技術經濟優勢,可應用于防水、防腐、人行橋面鋪裝等工程領域。

  截至目前,該項目已獲授權發明專利1件,實用新型專利4件,制定產品企業標準2項,建成生產線一條。

  孫倩充滿信心地說,不管是瀝青粉末還是干粉的瀝青水泥砂漿,目前在市場上都還是個新材料,后續她將和團隊成員系統地研究瀝青粉末用于水泥體系中的作用機理,為應用研究提供理論依據,不斷拓展新的應用領域,加大市場推廣力度,進一步提高產品的市場占有率。

  金隅集團黨委書記、董事長曾勁指出,創新是推動行業高質量發展的第一動力。堅持創新發展,轉變觀念理念、創新方式方法,持續增強行業綠色低碳發展動力。孫倩表示,天津建材科研院研發團隊也將一如既往地踐行社會責任,積極響應建材市場發展需求,堅決貫徹落實金隅集團“四個發展”總要求,大力踐行金隅干事文化,不遺余力推進新型綠色建材技術、綠色建材產品創新研發,為建材行業實現高質量發展貢獻自己的力量。

責任編輯:褚贊贊
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