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2013年标志性成果

发布时间:2014-04-29
标志性成果一:含重金属多组分渣泥能质耦合全周期低碳资源化利用技术及工程应用
      我国重要支柱产业汽车制造业及石化行业产生大量含重金属多组分渣泥,尤其含有铬、苯并芘等第一类污染物,赤泥、电镀污泥、含油污泥、农业植物残渣,对水、土壤、大气等环境造成严重污染,威胁到人们健康和社会经济可持续发展,成为制约区域社会发展的瓶颈问题之一。传统处理技术主要以填埋、焚烧、单一组份资源化利用为主,普遍存在能耗高、投资大、消纳量小、碳排放大、重金属易溶出以及VOCs 二次污染等问题。因此,环境污染风险全周期控制下的大宗量多组份高效低耗综合处理已经成为固废资源化利用技术研究中的关键难题。项目组在国家科技支撑计划、863计划、自然科学基金、央企重大研发计划等课题引导下,经过10多年多学科交叉联合攻关,形成了含重金属多组份渣泥能质耦合全周期低碳资源化利用技术系统研究成果,主要创新点为:
      1. 含重金属多组份渣泥能质耦合低碳制备生态建筑材料及其环境风险控制技术,实现赤泥、电镀污泥、含油污泥、农业植物残渣等多组分固废能质高效利用,有效固化重金属,减少碳排放,防止VOCs二次污染,低投入工业化生产。
      2. 含铝渣泥可控改性制备污水处理用环保滤料及其全周期资源化技术,大宗量消纳赤泥,生产孔隙率可调陶瓷滤球,开发污水处理技术及成套装备,役后产物无害化,实现产业化。
      3. 植物残渣碳纤维柱及其增强型生态建材绿色制备技术,形成生物质碳纤维柱低成本、高附加值绿色制备与应用技术新体系,并研制防堵塞铁炭微电解设备,用于含酚等难降解废水处理,废弃碳纤维增强烧结砖性能,实现碳净零排放。
      在本领域权威期刊《Journal of hazardous materials》等发表论文30篇(其中SCI6篇),获国家授权发明专利15项。出版专著1部,编制企业标准1项。相关成果起到引领和示范作用,有力推动了行业技术进步。
      研究成果已在湖北、广东、宁夏等全国多个省区成功推广应用,规划、设计、建设工程20项,近3年直接经济产值达1.5亿,社会和环境效益显著,尤其是为解决南水北调中线水源地的危险固废污染提供了强有力的科技支撑,得到同行专家和政府管理部门充分肯定,荣获了2013年度湖北省科技进步一等奖。

标志性成果二:脱空钢管混凝土计算理论与质量控制成套技术
      钢管混凝土具有承载力高、抗震性好、施工便捷、材料用量省等优点,20多年来在桥梁工程领域获得了广泛应用。在已建的钢管混凝土桥梁中,因混凝土收缩、温度和灌注工艺等影响,普遍存在脱空现象,导致人们怀疑钢管混凝土的套箍效应和钢管混凝土桥梁实际承载能力,严重阻碍了钢管混凝土桥梁的发展。
      关于钢管混凝土脱空机理、脱空对钢管混凝土共同工作性能影响及其控制技术等研究,国内外还是空白。钢管混凝土受压力、温度、收缩徐变、混凝土品质及灌注工艺等影响,均可能造成脱空,成因与机理复杂。研究工作面临系列重大技术难题:①钢管混凝土脱空成因复杂,脱空型式多样、缺乏规律性;②钢管混凝土构件有受压、受拉、受弯等不同受力和组合形式,且构件放置位置不同,脱空型式差异大,研究脱空对钢管混凝土工作性能影响,以及钢管混凝土受力行为与脱空型式的耦合影响,试验研究难度极大,总结脱空钢管混凝土强度、刚度、稳定的计算方法十分复杂;③钢管混凝土等级高、一次灌注量大、灌注时间长,普通混凝土和常规灌注工艺无法满足钢管混凝土技术要求,需要开发新材料和新工艺;④钢管混凝土制备、质量控制与灌注工艺技术难度高,需制定科学的管理方案与措施,保证混凝土灌注质量。针对成套技术难题,项目组历时13年,在2项四川省科技项目和1项国家自然科学基金项目、1项国家“973”科技项目的资助下,通过全面、系统研究,取得的主要成果有:
      1、首次界定了脱空和脱粘的概念,建立了钢管混凝土脱空物理模型及钢管混凝土承载力与脱空面积的函数关系式,为脱空钢管混凝土承载力分析奠定了理论基础;探明了钢管混凝土脱粘机理和脱粘计算方法。
      2、首次建立了脱空钢管混凝土极限承载力和非线性计算方法,为钢管混凝土桥梁脱空计算分析提供依据,填补了行业空白,推动了钢管混凝土桥梁技术进步。
      3、开发的高性能钢管混凝土制备技术、减缩释水聚合物和高能复合膨胀剂,解决了混凝土自收缩和稳定膨胀技术难题;开发的高抛、接力与真空辅助顶升灌注工艺,解决了钢管混凝土输送与密实灌注的技术难题。
      4、提出了钢管混凝土品质指标、承载力安全储备及检测等控制技术,开发了“钢管混凝土专家系统”软件,为钢管混凝土结构安全提供技术支撑。
      项目研究成果已在主跨460m的巫山长江大桥(世界第二跨度)、主跨115m的汶川羊毛坪大桥和主跨275m的宜昌长江铁路大桥等10余座桥梁中成功应用,节省投资7000万元以上。同时,该项目成果推广应用在主跨530m的合江长江一桥(世界第一跨度)、雅安至西昌高速公路干海子大桥(世界首座全管桁结构梁桥)和腊八斤大桥(亚洲第一高墩)等20余项工程。多项工程位于强地震区,经7、8级地震后无任何损伤,保障了抗震救灾交通畅通,经济、社会效益十分显著。
      项目相关成果取得发明专利5项、软件著作权1项、获得省级工法2项;举办学术会议4次,出版专著3部,发表学术论文40余篇,其中EI、ISTP收录11篇;研究成果被《钢管混凝土拱桥技术规程》等4部国家、行业或地方标准采用。此项成果荣获2013年度四川省科技进步一等奖。
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