1 项目简介
我国水资源开发利用历史悠久，从古代的都江堰、黄河大堤到现代的南水北调、葛洲坝以及三峡等水利枢纽工程，无不彰显着水利工程建设对我国国民经济和社会发展具有重要影响。水库作为调节水流和抵御水旱灾害的水利工程建筑物，在一定程度上改变着水体之间物质能量的输送和交换，水中泥沙随着水库的地形地貌和水动力作用差异逐渐沉积于水底，逐渐形成水库底泥。
以粉质粘土为主要组成物的水库底泥，具备原位资源化用于生产绿色建材产品的理论条件。但是，目前缺乏系统的底泥再利用方案和相关产品的制备工艺，如何实现水库底泥作为高附加值绿色建材的资源化利用，是我们亟待解决的难题。因此，我们利用水库底泥作为原材料进行了一系列系统研究，攻克了免烧骨料、免烧透水砖等绿色建材制备的关键难题。
在新颖性方面，国家在近些年大力提倡经济由粗放式发展向精细化发展方向转变，面对每年产生的巨量工业固体废弃物，政策极力倡导减量化、无害化、资源化开发，虽然在矸石、尾矿、矿渣、粉煤灰等大宗固体废弃物方面进行了大量的研究，但是在水库底泥方面的投入却较少，本技术就是以河北省本地的水库底泥为研究对象，以此为主要原材料进行绿色建材开发，将改善环境和绿色经济相结合，突出水库底泥资源化利用的优势，进行高附加值建材开发研究，这在国内外研究中报道较少。
在先进性方面，虽然近几年国内外研究人员针对疏浚底泥的资源化利用已经开展了广泛研究，但是水库底泥的减量化与资源化效果不明显，并且研究方向主要集中在底泥混凝土和底泥轻集料的制备工艺、新拌与硬化性能测定，而采用底泥制备免烧骨料、免烧透水砖存在一系列难题，本技术运用前沿材料开发理念配合先进制备和检测技术，通过多种活化方式耦合技术成功地激发了底泥的活性，进而制备了免烧骨料、免烧透水砖，该技术达到了国内一流、国际领先的水平。
在独特性方面，我们利用活化水库底泥制备免烧结轻集料，即将底泥掺入以水泥或固废作为胶凝材料的基体中，并采用相应的粘结剂及制备工艺制备出满足相应等级要求的产品。目前国内外针对底泥免烧骨料的研究较少，底泥免烧骨料的各项性能除了取决于胶凝材料的物化性能，还与粘结剂种类及裹壳工艺等因素相关。国内外针对底泥基地聚物制备免烧透水砖的研究较少，仅采用底泥作为胶凝材料制备透水砖成品的抗压强度还不高。而采用疏浚底泥和工业固废制备透水砖研究方面虽然有些报道，但是尚处于理论研究阶段，而对于其力学性能、长期耐久性方面尚未有报道。本技术以水库底泥为主要原材料，采用多种活化方式激发水库底泥的活性，用于制备复合胶凝材料进而开发免烧骨料和免烧透水砖，独特地开辟了水库底泥在绿色建材领域的新应用，创造了大宗工业固废利用的典型案例。
项目团队长期从事固废资源化利用和混凝土材料方面的研究，成员涵盖材料科学与工程、土木工程、环境科学与工程、水利工程等专业，深厚的研究基础可保证项目顺利开展和实施。
该项目主要针对水库底泥高效建材化利用的技术难题进行科研攻关，科研成果可促进我省产业结构转型升级。项目以生态保护为前提，充分利用水库底泥及固废等制备高附加值建材产品，充分缓解土地资源紧张问题与底泥堆放压力，促使产业绿色升级。项目具有示范和引领作用，项目成果可在全省以及全国范围内推广，具有广阔的应用前景。
2.应用前景
利用本技术可以制备免烧高强骨料。在骨料使用量领域，约有70%-80%和水泥配套使用来制成混凝土，20%-30%用于铺设道路（公路路面和铁路路基等）。以C30混凝土为例，1立方混凝土需要使用0.21吨水泥、0.7吨砂和1.19吨石，砂石合计的质量占比约79%，成本占比约 55%。而我国又是全世界最大的砂石生产国和消费国，约占全球砂石消耗量的 50%。2020年我国砂石产量190亿吨，同比增加1.17%，且2013-2020年产量均维持在180亿吨上下。2021年上半年我国砂石产量82亿吨，同比增加18.8%，主要是2020 年上半年受新冠疫情影响基数较低所致。按照目前砂石终端市场价100元/吨来计算，我国砂石骨料市场规模已达万亿之多。免烧骨料仅代替10%的传统砂石，市场需求量也在近20亿吨，且以30%的年增长量增长，市场规模在千亿范围。
利用本技术可以制备免烧透水砖。透水砖的主战场在“海绵城市”建设试点城市，其多半应用于市政工程路段建设。将河沙、水泥、水通过一定的比例而制成的混凝土透水砖，成本较低而且透水性能好，生产工艺简单，并且在强度和硬度上也是非常好的，因此被广泛的用在高速路、机场跑道等范围。以北京、上海、天津、西安、济南为例，仅这5个城市的总需求量2020年即超过10亿m2以上，这还不包括城市新建发展的需求部分。若年增长量按总量需求的10%计算，年增长量已经超过1亿m2。透水砖在市面上的价格通常在20元/m2以上，以此计算，我国透水砖市场规模在百亿范围。
目前国内的免烧骨料主要处于开发、小批量生产阶段，厂家主要集中于山东、安徽等地，免烧骨料的竞争对手还是传统的砂石骨料生产商，例如中国建材股份有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司、北京金隅集团有限公司、中国电力建设股份有限公司、日昌升集团有限公司等。相当于这些传统骨料厂商而言，我们开发的免烧骨料优势之一在于定位于轻集料混凝土领域，相对传统骨料，产品性能好，密度小、强度高，具有不可替代的优势；优势之二在于，相对于其他工业固废制备的免烧骨料，我们开发的免烧骨料主要原材料为水库底泥，在价格方面又具有优势，这两方面的优势可以促进水库底泥基免烧骨料利用先发优势，占领市场，服务于经济建设。
透水砖的主要产区分布在江苏、江西、山东、广东等地。日本爱和陶乐华株式会社和和佛山市乐华陶瓷有限公司共同投资成立了江西爱和陶乐华陶瓷有限公司，引进了日本技术生产透水砖，有一条生产线，日产能为1000m2。深耕透水砖的还有江西绿岛科技有限公司，历经多年研制，攻克了产品的量产难题，目前公司有两条生产线，日产能为3000m2。位于江西九江的江西中盛陶瓷有限公司，其自主研发的生态透水砖项目，日产能为1600平方米。此外，江西萍乡龙发实业股份有限公司依托海源全自动化制砖生产设备和成熟的制砖技术，引进专业处理工业废渣上的成熟设备生产出美观、大方、防滑、耐磨、耐久的科技生态透水砖产品，日产能为1400m2。相对于这些企业及其产品而言，我们的产品优势一是政策支持，国家大力支持大宗固体废弃物资源化利用，我们使用的主要原材料水库底泥属于大宗固体废弃物之一，响应国家政策的号召，既大量消纳了水库底泥，解决了底泥堆存问题，又能利用水库底泥生产透水砖，变废为宝；二是成本优势，水库底泥的成本几乎为零，这将大大地降低了我们产品的价格，利用价格优势抢占市场；三是覆盖范围，目前产品主要面向我国北方地区，具有区域优势，利用当地的原材料生产透水砖，产品销往北方地区，占领北方市场，进而辐射全国。
