全固废胶凝材料绿色低碳技术道路化工程应用

　　一、技术背景

　　为深入贯彻落实《交通强国建设纲要》决策部署，推进《绿色交通“十四五”发展规划》绿色建筑材料和技术等领域研究工作，进一步推动交通运输绿色低碳转型，宁夏公路管理中心联合宁夏交通建设股份有限公司、宁夏交建交通科技研究院有限公司等施工、研发企业聚焦黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设，以公路建设项目为依托，以工业固废“零废弃”高效利用技术创新与应用为抓手，通过绿色低碳胶凝材料规模化应用，践行绿色交通转型发展，共同推进绿色低碳交通强国建设专项宁夏试点任务。

　　自2021年宁夏被交通运输部列为交通强国建设试点省份以来，宁夏交通运输在宁夏在黄河流域公路基础设施高质量发展等方面取得了阶段性成果。围绕脱贫攻坚、全面建成小康社会和乡村振兴总体要求，深入贯彻习近平总书记对交通运输工作的重要指示批示精神和视察宁夏重要讲话和重要指示批示精神，按照交通运输部和自治区的统一安排部署，加快推进公路基础设施建设，公路网规模快速增长，等级结构逐步优化，公路运输状况持续改善，有力支撑了全区经济社会发展。根据《宁夏回族自治区交通运输“十四五”发展规划》，“十四五”期，宁夏公路水路建设投资规模预计达600亿元以上，公路通车里程将达到3.9万公里，全面建成“三环四纵六横”高速公路网，其中高速公路通车里程达到2400公里，多层级一体化综合交通枢纽体系正在稳步建设中，基础设施完善，具备良好的试点基础。而水泥作为最广泛使用的建筑材料，需求量巨大。

　　水泥行业是典型的“三高”行业，据测算，每生产1吨水泥熟料，需要消耗160kg标准煤，排放1.04吨CO2，生产过程中排放的CO2，SO3等气体也严重污染生态环境。仅2021年，我国水泥行业碳排放量就达到了23.92亿吨，占我国碳排放总量的14.3%。因此，寻找可替代水泥的绿色低碳胶凝材料是突破水泥行业发展瓶颈的重要途径。同时，随着我国化工、钢铁、煤电、有色金属等行业的发展，工业固废产生量持续攀升，年产生量近40亿吨，累计堆存量已达620亿吨。宁夏作为固废产出大省，地区大宗固废累计堆存量约32亿吨，年新增堆存量近5000万吨，大宗工业固体废物产生量大，贮存、处置占地多，不仅给产废企业造成了严重的经济负担，还对生态环境和社会可持续发展造成了不利影响。因此，亟须大力开发工业固废制备绿色低碳胶凝材料的成套技术，以解决水泥行业发展瓶颈及固废资源化利用双重难题。

　　面对上述“双重难题”，国家先后发布多项政策支持。2023年7月4日，国家发展改革委等部门发布关于《工业重点领域能效标杆水平和基准水平(2023年版)》的通知，将水泥熟料纳入扩大工业重点领域节能降碳改造升级范围内，鼓励加强绿色低碳工艺技术应用，带动全行业加大节能降碳改造力度，提升整体能效水平。8月4日，国家发展改革委等部门关于印发《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》的通知，明确到2025年，通过实施绿色低碳先进技术示范工程及绿色低碳技术成果转化应用，为重点领域降碳探索有效路径。同期，在京举办的建材行业大会上，研讨和论证了将水泥纳入全国碳市场的专项方案，建材联合会作为牵头单位重点介绍了水泥行业发展情况，并对碳排规划进行了分析评估，计划将水泥作为建材领域首个纳入全国碳市场的行业。综上，绿色低碳胶凝材料生产线建设及道路工程应用符合政策导向及行业发展趋势，是时代循环经济发展之需，更是我国构建绿色低碳循环经济体系的重要组成部分。 全固废胶凝材料绿色低碳技术介绍 全固废胶凝材料是一种以富硅铝质工业固废为主要原料，复合少量改性剂，经加工磨细后制备出的一种可以在特定场景下等量化替代硅酸盐水泥的绿色低碳水泥。该材料本身具有诸多优势，如工业固废利用率高(可达95%)、水化热低、抗硫酸盐侵蚀能力强、具有微膨胀等特性，提供了如公路建设、矿区修复、地下工程、水利工程、预制构件等多种应用场景;同时其生产工艺简单、节能减排，相较普通硅酸盐水泥“两磨一烧”的生产方式，其只需“一磨”，可以降低能耗85%，减少碳排放量90%，社会效益显著。目前，通过工程实践和技术攻关提出了原料分级分类方法，形成了全固废胶凝材料制备与性能调控关键技术，可满足不同道路应用场景需要，建立了道路化应用技术标准体系，实现了材料性能的可预测和可调控，总体技术达到国内领先水平。 全固废胶凝材料绿色低碳技术成果 依托立项的批复交通运输部重点科技项目《全固废胶凝材料道路化应用性能调控关键技术及工程示范》、宁夏回族自治区重点研发项目《全固废胶凝材料制备与性能调控关键技术及道路化应用工程示范》、宁夏回族自治区交通运输厅科技项目《全固废胶凝材料的制备及在公路工程中的应用》3项课题开展研究;立项了中国公路学会团体标准《全固废胶凝材料稳定类基层施工技术指南》，正式发布了宁夏地方标准《全固废胶凝材料道路工程应用技术规范》(DB64/T 2004-2024)，绿色低碳胶凝材料的制备及道路化应用技术被中国公路学会列入2024年度公路领域重点节能低碳技术入库项目，国内外公开发表学术论文6篇，授权国家专利10项，软件著作权2项，在形成知识产权的同时，掌握了材料制备核心技术和万吨级工程应用经验。 工程实践应用及社会经济效益 依托公路工程项目开展了区内工业固废材料分布及理化特性调研、绿色低碳胶凝材料制备及性能调控关键技术研究、绿色低碳胶凝材料基层混合料结构组成设计及路用性能测试、绿色低碳胶凝材料混凝土性能研究及耐久性评价，绿色低碳胶凝材料道路化应用关键技术及工程应用。全固废胶凝材料的工程应用场景覆盖省内外高速公路、国省干线及乡村道路的道路路基、路面基层、混凝土面层、防护工程、预制构件等多种应用场景，均采用全固废胶凝材料等量化替代硅酸盐水泥，总用量超3万吨。

　　(一)工程实践应用

　　1、省道201线盐池郝家台至马儿沟段公路

　　该项目公路等级为二级公路，设计荷载等级为公路I级，其中稳定基层厚度为36cm。项目试验段采用全固废胶凝材料进行路面基层铺筑，全长共8km，已于2023年8月完成项目路面验收，经过一个完整冻融期检验，经现场路用性能验证，应用效果良好。

　　2、宁夏中卫市中宁县胡庄子至营盘滩农村公路路况提升工程项目

　　该项目公路主要涉及农村公路混凝土路面修复，其中胡营路(Y217)段为全固废胶凝材料的主要应用路段，公路等级为四级乡村道路，作为结构性修复路段，开展18cm厚的C30全固废胶凝材料混凝土路面铺筑，全长共2.06km，应用效果良好。

　　3、乌海至玛沁高速公路惠农(蒙宁界)至石嘴山段

　　乌海至玛沁高速公路惠农(蒙宁界)至石嘴山段试验段采用全固废胶凝材料进行路面基层铺筑，全长共5km，其中底基层厚20cm，路面基层厚36cm，计算荷载等级采用公路Ⅰ级。本试验段铺筑完成后，经过程质量控制及现场质量检测，应用效果良好。

　　4、沿黄高速公路YHSG-1标段工程项目

　　该项目是河南高速公路“13445重点工程”，全长100.1km。研发团队以技术服务的形式在K17+740-K17+850标段进行约10000㎡稳定土路基试验段铺筑，本次全固废胶凝材料技术在省外的成功落地，得到了多方认可和高度评价。

　　(二)社会经济效益

　　相较于水泥的“两磨一烧”的生产过程，全固废胶凝材料的生产只需干燥、粉磨和均化处理。依据《建筑碳排放计算标准》(GB/T51366-2019)，普通硅酸盐水泥(市场平均)的碳排放因子为735kgCO2/t，据测算，全固废胶凝材料的碳排放因子为62.57kgCO2/t，每生产一吨全固废胶凝材料可以降低碳排放量672.43kg，降幅为91.4%;根据《水泥单位产品能源消耗限额》(GB16780-2021)，水泥单位产品综合能耗为94kgce/t，据测算，全固废胶凝材料的单位产品综合能耗为16.62kgce/t，每生产一吨全固废胶凝材料可以降低标准煤77.38kg，降幅为82.3%。按照推广全固废胶凝材料100万吨计算，共可减少碳排放量67.2万吨，减少标准煤用量7.7万吨，具有显著的社会效益。同时由于生产工艺的简化，每吨全固废胶凝材料的生产成本较普通硅酸盐水泥降低约5~10%，具有良好的经济效益。

　　五、其他相关情况

　　(一)全固废胶凝材料科研团队成员宁夏交建交通科技研究院有限公司围绕全固废胶凝材料道路化应用荣获第12届中国创新创业大赛优胜奖(宁夏赛区);代表宁夏参加第12届中国创新创业大赛，荣获优秀企业(成长组)。

　　(二)全固废胶凝材料被中国公路学会列为2024年公路领域重点节能低碳技术入库项目。

　　六、小结

　　全固废胶凝材料工程应用技术的推广，在提升宁夏地区工业固废资源化利用效率的同时，进一步推动交通基础设施建设向绿色低碳、节能环保方向发展，对于实现我区交通运输行业“双碳”目标，助力自治区黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设具有重要的意义。