一、前言

黨的十九大報告指出，我國“經(jīng)濟已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長動力的攻關期，建設現(xiàn)代化經(jīng)濟體系是跨越關口的迫切要求和我國發(fā)展的戰(zhàn)略目標”。由此可見，長期依賴能源、資源的高投入和高消耗形成的粗放外延型經(jīng)濟發(fā)展模式將難以為繼。推動以節(jié)約資源、保護環(huán)境、產(chǎn)業(yè)協(xié)同和綠色發(fā)展為特征的現(xiàn)代經(jīng)濟體系高質(zhì)量發(fā)展成為新時代中國特色社會主義建設的重要內(nèi)容和關鍵所在。

當前，我國各類固廢存量增量巨大、組分日趨復雜，綜合利用難度大、資源化率低，成為威脅國民健康和環(huán)境安全的重大隱患。與此同時，作為最/大宗建筑材料的混凝土與水泥制品行業(yè)正面臨新常態(tài)下天然砂石資源短缺、勞動力和環(huán)保成本持續(xù)上升等嚴峻挑戰(zhàn)，行業(yè)競爭激烈，迫切需求加速創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型升級以應對不斷發(fā)展的變化。大力發(fā)展裝配式建筑是建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的最重要發(fā)展方向，潛力巨大。以冶金廢渣、礦山尾礦/廢石與建筑垃圾等典型工業(yè)與城市固廢為處置對象，開展固廢大摻量制備裝配式建筑PC構(gòu)件研究與應用，是解決不同行業(yè)協(xié)同發(fā)展難題，實現(xiàn)工業(yè)與城市固廢規(guī)?；鲋道?，促進建材行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，邁向綠色與高端發(fā)展的關鍵技術(shù)途徑，符合建筑綠色化這一國家重大戰(zhàn)略需求。

二、利用固廢制備裝配式建筑PC構(gòu)件現(xiàn)狀

(一)典型固廢原料預處理技術(shù)

裝配式PC構(gòu)件技術(shù)水平高，附加值大，對原材料品質(zhì)要求高。通過精細化預處理提升固廢源頭質(zhì)量是實現(xiàn)固廢在PC構(gòu)件中規(guī)?；鲋道玫那疤釛l件。

1. 鋼渣預處理

易磨性差、安定性不良和膠凝活性低是阻礙鋼渣規(guī)模化增值利用制備裝配式PC構(gòu)件的關鍵因素，行業(yè)聚焦共性難題，開展了包括在線重熔調(diào)質(zhì)、轉(zhuǎn)爐造渣處理和鋼渣微粉改性等幾個方面的預處理技術(shù)攻關。

在線重熔調(diào)質(zhì)方面，德國最/先通過在氧化氣氛下的液態(tài)鋼渣中添加石英砂，消解了鋼渣中過量的游離氧化鈣，改善了鋼渣的體積安定性。國內(nèi)，郭輝利用還原氣氛下添加鈣硅鋁質(zhì)改性劑，實現(xiàn)了改性鋼渣中玻璃體含量增加，膠凝活性明顯提高;李建新發(fā)現(xiàn)鈣質(zhì)調(diào)節(jié)材料可以促進重構(gòu)鋼渣中A礦和B礦的形成;中冶建筑研究總院的研究表明，采用還原氣氛下添加鈣質(zhì)調(diào)質(zhì)劑進行鋼渣重構(gòu)，對比原渣微粉，不同齡期膠砂強度提高22%～62%，水化放熱量提高63%，化學結(jié)合水量提高了5%;北京建筑材料科學研究總院在分析鋼渣成渣過程中游離鈣、方鎂石和RO相形成原因基礎上，總結(jié)鈣質(zhì)、硅質(zhì)和鈣鋁硅質(zhì)等不同改性劑對重構(gòu)鋼渣性能影響的成果經(jīng)驗，提出了硅鋁復合調(diào)質(zhì)方法，并開展對比研究，揭示了不同反應條件下重構(gòu)鋼渣礦物的形成、轉(zhuǎn)換與調(diào)控機制，取得了改善安定性不良、提高膠凝活性和易磨性的顯著效果。毋庸置疑，在線重構(gòu)預處理對提升鋼渣性能成效顯著，但工業(yè)化實施困難，應用進展緩慢。

在轉(zhuǎn)爐造渣處理方面，日本住友金屬工業(yè)公司采取蒸汽蒸養(yǎng)處理鋼渣，28天膨脹率降低為1.2%，開發(fā)了鋼渣蒸養(yǎng)陳化技術(shù)及裝備，并建立相應標準規(guī)范體系。國內(nèi)，中冶建筑研究總院長期致力于鋼渣深度安定化理論研究與技術(shù)開發(fā)，形成的粒徑、孔道、傳輸可控的有壓熱悶技術(shù)及新型有壓熱悶罐裝置在多家企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用效果顯著，預處理后鋼渣游離氧化鈣含量降低至1.3%，浸水膨脹率降低50%以上，鋼渣粉化率(粒度小于20mm的鋼渣含量)>75%，尾渣金屬鐵含量降至1%，關鍵指標優(yōu)于相關標準和設計要求。

針對鋼渣微粉的改性處理，普遍采取超細粉磨和膠凝活性活化措施，其中北京工業(yè)大學王劍鋒基于絡合增溶原理、同濟大學基于基元活化理論可分別提高鋼渣活性10%～15%。鋼渣超細粉磨有助于提前釋放膨脹應力，提高長期體積穩(wěn)定性，但增加了生產(chǎn)成本。北京建筑材料科學研究總院通過對比改性前后鋼渣微粉水化放熱規(guī)律，揭示了水泥砂漿中鋼渣微粉中非穩(wěn)定相消解反應與破壞機制，分析安定性不良的原因，提出了非穩(wěn)定相延時消解控制方法，實現(xiàn)了膠凝體系中，鋼渣微粉摻量30%時，混凝土制品安定性合格，長期體積穩(wěn)定。

2. 鐵尾礦/廢石預處理

鐵尾礦/廢石排量大，占全部尾礦堆存總量的30%以上。相比其他大宗工業(yè)固廢，鐵尾礦/廢石具有良好的力學性能和穩(wěn)定性能，資源化利用于建材領域替代天然砂石骨料，具有很大的發(fā)展空間。

早在前蘇聯(lián)時期，別爾戈羅德建筑材料工業(yè)學院就開展了利用庫爾斯克地區(qū)采石場的尾礦/廢石生產(chǎn)混凝土骨料的研究與應用工作，取得顯著的經(jīng)濟與環(huán)境效益。近年來，北京建筑材料研究總院基于河北地區(qū)鐵尾礦固廢資源優(yōu)勢，開展大摻量鐵尾礦/廢石骨料替代天然砂石制備混凝土的研究、成果轉(zhuǎn)化與推廣應用，已累計利用尾礦/廢石達數(shù)億方，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益，同時積極引導、推動《北京地區(qū)預拌混凝土綠色生產(chǎn)管理規(guī)程》、《京津冀及周邊地區(qū)工業(yè)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展行動計劃》和《國務院辦公廳關于促進建材工業(yè)穩(wěn)增長調(diào)結(jié)構(gòu)增效益的指導意見》等相關文件的頒布實施，為尾礦/廢石的骨料資源化利用掃清了政策障礙。

尾礦/廢石是選礦副產(chǎn)品，資源化利用制備建材骨料需進行預處理?，F(xiàn)階段我國利用尾礦制備砂石行業(yè)整體準入門檻低，生產(chǎn)工藝落后、效率低、能耗大，產(chǎn)品標準體系與監(jiān)管制度未建立，不規(guī)范經(jīng)營普遍存在，產(chǎn)品標準和質(zhì)量嚴重滯后，導致利廢產(chǎn)品難以進入主流市場，以裝配式PC構(gòu)件為代表的高端建材產(chǎn)品仍以天然砂石骨料為主。現(xiàn)代混凝土與水泥制品往往集結(jié)構(gòu)、裝飾、保溫、自密實和高流態(tài)等多種功能于一體，實際上對原材料品質(zhì)的要求是提高了而不是降低了，只是因客觀條件所限不得已而退而求其次。固廢骨料質(zhì)量主要受破碎、篩分、分選及輔助設備的精度和效率影響，正確的選擇和合理配置可以控制骨料粒徑、粒形、級配、雜質(zhì)與泥粉含量和生產(chǎn)效率，確保質(zhì)量。行業(yè)普遍認為，強化以源頭品質(zhì)提升為導向的預處理技術(shù)開發(fā)，是實現(xiàn)尾礦/廢石規(guī)模高值利用，應對國內(nèi)天然砂石資源巨大缺口的關鍵舉措。當前，隨著各種預處理工藝的改進、完善和技術(shù)裝備大型化、配套化和智能化的提高與普及，尾礦/廢石資源化預處理技術(shù)應從促進清潔生產(chǎn)和提高產(chǎn)能，轉(zhuǎn)變到更加關注固廢骨料自身性能的提升，以不斷助推高端應用。近年來，北京建筑材料科學研究總院圍繞傳統(tǒng)破碎、篩分和分選等固廢骨料制作工藝，就尾礦/廢石骨料粒形、粒徑、級配和表面紋理等開展了固廢骨料材性再造精細化預處理研究，以不斷滿足PC構(gòu)件廠對高品質(zhì)固廢骨料的需求。

3. 建筑垃圾預處理

我國建筑垃圾年排放量約200億噸，利用率不到8%。從2019年1月起，《上海市建筑廢棄混凝土回收利用管理辦法》正式實施，該辦法規(guī)定C25及以下強度等級混凝土再生骨料對同類材料的取代率不得低于15%，交通基礎設施及大中修工程，再生骨(粉)料對同類材料的取代率不得低于30%。放眼全國，從建筑綠色發(fā)展要求來看，上海強制使用建筑垃圾具有風向標作用，相信其他省市將會陸續(xù)出臺相關文件，建筑垃圾再利用產(chǎn)業(yè)迎來新機遇。建筑垃圾預處理是廢棄混凝土制備再生骨(粉)料的關鍵環(huán)節(jié)，對提升再生骨(粉)料品質(zhì)、促進其規(guī)?；鲋道镁哂兄匾绊?。

當前，常見的破碎與分選措施，能基本實現(xiàn)建筑垃圾的分級處理，但微粉去除、磚混分離和水泥包漿剝離等有難度，使預處理往往不徹底，制備的再生骨(粉)料使用途徑受限，主要以低摻量、低附加值的中、低強度等級混凝土和建筑附屬工程使用為主，裝配式建筑PC構(gòu)件中尚未見使用報道。因此，加強技術(shù)與設備開發(fā)，采取包括再生骨料整形強化、再生微粉改性和組分精準分離等在內(nèi)的更先進預處理措施，得到更高品質(zhì)產(chǎn)品，以拓寬再生骨(粉)料在更多建筑領域的應用。再生骨料整形強化包括微粉去除和骨料整形，采用濕式洗砂法去除微粉，需要配套水循環(huán)系統(tǒng)，相對投資高、占地大，基于氣力分級與振動風篩的干式處理法在國內(nèi)外已有成功應用實例，是再生骨料微粉去除工藝與裝備的發(fā)展趨勢。

再生骨料強化有化學和物理兩種方法，化學方法通常利用酸液實現(xiàn)骨料強化，處理成本過高，同時存在二次污染風險，尚不具備工業(yè)化應用條件，目前應用較廣泛的是物理強化，使用機械設備手段，通過立式?jīng)_擊、臥式回轉(zhuǎn)研磨和加熱研磨等使骨料之間相互撞擊、磨削而除去表面黏附的水泥砂漿和顆粒棱角，使骨料得到強化。孫增昌、張學兵和羅素蓉等對再生骨料開展了不同形式的強化改性后，骨料物理性能更趨合理，再生混凝土的綜合性能得到提升。北京建筑材料研究總院的研究表明，再生微粉特殊的孔隙結(jié)構(gòu)為混凝土提供了內(nèi)養(yǎng)護條件，通過納米材料對再生微粉改性可以極大提升再生混凝土施工性能、力學性能和耐久性能。磚混結(jié)構(gòu)是我國最為常見的建筑物結(jié)構(gòu)形式，建筑垃圾中磚、瓦與廢棄混凝土混雜，常規(guī)方法難以實現(xiàn)有效分離，結(jié)合磚、瓦與廢棄混凝土在比重、顏色、強度等方面的性能差異實現(xiàn)組分精準分離代表了建筑垃圾預處理技術(shù)發(fā)展趨勢。

(二)大摻量固廢混凝土制備

1. 大摻量固廢膠凝體系

輔助膠凝材料是現(xiàn)代混凝土不可或缺的重要組分，與水泥一起組成復合膠凝體系。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，輔助膠凝材料已不局限于礦粉、粉煤灰和硅灰等種類，包括鋼渣粉、石粉和再生微粉等在內(nèi)的大多數(shù)工業(yè)固廢與城市建筑垃圾化學組成與膠凝材料相近，具有一定的膠凝活性或潛在膠凝性，越來越普遍資源化應用于膠凝材料系統(tǒng)，既大量消納固廢、節(jié)省水泥、保護環(huán)境，同時也可適當改善混凝土的性能。近年來，圍繞大摻量輔助膠凝材料開展了大量的研究，朱艷芳研究了大摻量粉煤灰膠凝體系的抗碳化性能，結(jié)果表明60%水泥被替代時仍可得到抗碳化性能較好的混凝土;崔孝煒針對鋼渣礦渣基全固廢膠凝材料的化學活化和水化反應機理進行研究，結(jié)果表明適量的激發(fā)劑能夠促進膠凝材料水化反應的進行，水化時兩種礦物表現(xiàn)出協(xié)同促進作用，針棒狀的AFt晶體穿插于C-S-H凝膠中使硬化漿體的結(jié)構(gòu)更加致密，混凝土穩(wěn)定性提高;王強認為大摻量鋼渣復合膠凝材料早期水化活性低，大顆粒鋼渣與水泥水化產(chǎn)物間的結(jié)合并不緊密，早期漿體的孔隙率比水泥漿體大;蔣正武研究探明了鋼渣、磷礦渣、粉煤灰等典型工業(yè)廢渣的礦物組分協(xié)同激發(fā)與調(diào)制機理與技術(shù)，解決了混凝土早期性能與長期性能的內(nèi)在需求矛盾，實現(xiàn)了大摻量工業(yè)廢渣混凝土的高性能化與工程應用;沈衛(wèi)國收集、整理了6類工業(yè)固廢膠凝材料體系的熱力學常數(shù)，通過各反應的熱力學參數(shù)計算，分析了工業(yè)固廢膠凝體系反應活性和產(chǎn)物的穩(wěn)定與轉(zhuǎn)化，奠定了該類固廢膠凝材料的應用基礎。實際應用過程中，輔助膠凝材料領域還存在諸如高活性與體積收縮、高耐久與早期力學性能低、摻合料強度激發(fā)與耐久性下降等矛盾，裝配式預制混凝土膠凝材料依然以水泥-礦粉-粉煤灰體系為主，且粉煤灰摻加量通常不超過膠凝材料的15%。毋容置疑，隨著大摻量多元固廢微粉的引入，傳統(tǒng)膠凝材體系的組成、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生改變，包括固廢在內(nèi)的各組分在新膠凝體系中的構(gòu)效關系和協(xié)同作用需要重新審視，對裝配式預制混凝土構(gòu)件而言，科學評價輔助膠凝材料的性能應從單個品種礦物摻合料反應活性、化學和礦物組成以及強度等轉(zhuǎn)變到更加關注作為整體的復合膠凝材料系統(tǒng)的膠凝活性、組成-結(jié)構(gòu)-性能關系以及膠凝材料體系與骨料、外加劑等其它組分的協(xié)同匹配方面綜合考察，以優(yōu)化大摻量固廢膠凝體系材料組合。

2. 大摻量固廢骨料一體優(yōu)化設計

大量的研究表明，含量相同級配不一的骨料配制的混凝土性能不同。骨料級配分布不僅影響新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的強度和耐久性能，而且也影響混凝土的成本。歐美國家對骨料級配制定了相應的標準，嚴格要求生產(chǎn)與供應。我國也有相應的標準規(guī)范，但是骨料行業(yè)嚴重的管理欠缺造成骨料級配千差萬別，給混凝土與水泥制品行業(yè)帶來相當大的挑戰(zhàn)。尾礦/廢石與城市建筑垃圾經(jīng)破碎、分選和精細化處理后制得的粒徑、形貌和強度等性能不同的固廢骨料應用于混凝土，考慮到固廢原料來源寬泛、組成復雜，更加需要進行級配優(yōu)化、合理搭配，以滿足品質(zhì)優(yōu)良、性能穩(wěn)定的使用要求。骨料密實曲線及粒子干涉是兩大常用的骨料級配理論，均追求顆粒堆積密實度最/大化，現(xiàn)有骨料級配計算大多由此發(fā)展而來。

北京建筑材料科學研究總院結(jié)合尾礦/廢石和城市建筑垃圾等固廢的礦物特性，通過分析研究固廢骨料-漿體界面的介質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)形態(tài)等界面特性。基于顆粒緊密堆積理論和工作性因子理論，結(jié)合界面特性優(yōu)化模型參數(shù)，并通過調(diào)整多元多尺度固廢顆粒粒級分布，研究了多形態(tài)固廢顆粒尺寸與形貌特征對堆積度的影響，提出了多元多尺度固廢顆粒粗糙度因子、工作性因子以及尺度校正因子三結(jié)合的一體優(yōu)化骨料級配設計方法，并建立了相應的固廢骨料顆粒級配評價模型，可用于指導裝配式PC構(gòu)件廠大摻量固廢骨料實際應用。李國強、王謙源和夏青等在分形幾何理論基礎上發(fā)展了骨料級配設計方法，探討了分形和G-S函數(shù)定量評估粗、細集料，推導出通過率、空隙率和比表面積分形計算公式，建立了骨料級配與分維值D的關系, 以及分形體積V、分形孔隙率P與分維值D 的關系，是骨料級配設計理論體系的重要補充，可為大摻量固廢骨料制備裝配式PC構(gòu)件提供參考。

諸多事例證明，沒有任何一種骨料級配方法可以保證滿足混凝土的一切性能。但是，如同沒有理論指導的實踐是盲目的，脫離了實踐的理論是空洞的一樣，真正適合的固廢骨料級配方法應該結(jié)合新常態(tài)下骨料與混凝土的性能實際，采取多種方法組合措施，實現(xiàn)包括固(粉料和骨料)、液、氣在內(nèi)的全物料多相一體優(yōu)化。

3. 大摻量固廢混凝土配合比設計與優(yōu)化

有文獻記錄的最早混凝土配合比設計方法由法國工程師Feret在1892年提出。上世紀初葉，F(xiàn)uller、Abrams、Bolomey、Lyse等探索了骨料級配與質(zhì)量、水灰比、水泥用量等對混凝土強度的影響與定量化規(guī)律，建立了早期混凝土配合比設計的基本方法，后幾經(jīng)修正、完善，一直被延續(xù)使用至今。當前，混凝土與水泥制品行業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展的同時面臨著來自環(huán)境、資源和轉(zhuǎn)型升級的巨大挑戰(zhàn)，固廢大摻量呼喚混凝土配制技術(shù)創(chuàng)新，以適應不斷發(fā)展的變化。

早在1985年，加拿大Malhotra團隊研究高體積摻量粉煤灰混凝土，水泥用量100～200kg/m3，粉煤灰用量125～225kg/m3(占膠凝材料比例50%～60%)，配制出C20～C40混凝土并應用于工程實踐;我國京滬高鐵鉆孔灌注樁C30混凝土，膠材總量340kg/m3，礦物摻合料60%，混凝土性能滿足設計與施工要求，在高速鐵路建設工程中廣泛使用，經(jīng)濟與社會效益顯著。陳杏婕采用全固廢粗細骨料100%替代天然砂石，制得28天抗壓強度為75.9MPa高強混凝土。太多的實例表明，大摻量固廢可以配制出滿足性能要求的混凝土，對大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件而言，最重要的是創(chuàng)新混凝土配制方法，以適應復雜多變的原材料、智能化的制造工藝和個性化的混凝土性能等要求。通俗來講，混凝土實質(zhì)上是由不同密度、形貌、尺寸大小、粒徑分布的固相顆粒、液相溶膠和孔隙相互堆砌，在水溶液環(huán)境下經(jīng)化學膠結(jié)而成的多相固化體。隨著用于配制的混凝土組成材料種類增多、品質(zhì)復雜多變、制品性能要求更高，混凝土組成選擇與組份比例的確定需要考慮、兼顧與平衡更多因素、更多變量，因此實際上現(xiàn)代混凝土配制技術(shù)難度更大。針對大摻量固廢裝配式預制混凝土配合比的設計，應該結(jié)合不同組分與比例的固廢骨料與含固廢膠凝材料協(xié)同體系下，水膠比、漿固比、砂率等配合比參數(shù)對混凝土拌合物性能、力學性能、耐久性能等影響規(guī)律，在普通混凝土配合比設計理論基礎上，針對裝配式預制混凝土性能需要與工藝特點，開展包括固、液、氣在內(nèi)的全物料多相一體配合比設計與優(yōu)化，使之既能規(guī)?；鲋迪{固廢，又滿足相應規(guī)范標準要求。

(三)大摻量固廢裝配式PC質(zhì)量控制與環(huán)境安全

原材料選擇、配合比設計與施工工藝是影響裝配式PC構(gòu)件質(zhì)量的重要因素。與普通PC構(gòu)件不同，大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件因為大量使用工業(yè)固廢與城市建筑垃圾，應適當優(yōu)化包括混凝土攪拌、澆注、振搗和養(yǎng)護等在內(nèi)的PC制作工藝以適應原材料與配合比變化帶來的影響。李傳習、趙利軍等通過立式、臥式和振動式攪拌等攪拌方式的對比研究，分析振動攪拌過程中物料宏觀對流與微觀擴散原理，揭示了振動攪拌對改善混凝土性能的作用機制;預制混凝土澆注工藝對構(gòu)件的質(zhì)量也有重要影響，布料順序、澆筑高度及澆筑點位置等應根據(jù)新拌混凝土性能和試配試制效果確定，以避免構(gòu)件成品表面色差和質(zhì)量缺陷;蓬永剛對比分析了插入式、附著式、平板式與平臺式等多種振搗方式對混凝土性能與外觀質(zhì)量的影響，提出了可供選擇的PC構(gòu)件澆注振搗參數(shù)范圍，一定程度可減少表觀氣泡、增加混凝土密實性、增強預制構(gòu)件的裝飾效果;蘇揚、劉昊等對比分析了不同養(yǎng)護制度對預制混凝土構(gòu)件質(zhì)量的影響，提出采用自動溫控系統(tǒng)蒸汽養(yǎng)護，嚴格控制升降溫的速度及恒溫最/高溫度，且同一工程的養(yǎng)護制度一致，蒸養(yǎng)管口布置方式與出汽角度合理，避免蒸汽直吹構(gòu)件，盡量使蒸汽在構(gòu)件周圍均勻循環(huán)等措施。雖然，固廢大摻量新拌混凝土在內(nèi)聚力、水化進程與強度形成機理等與普通混凝土存在差異，但包含上述攪拌方式、澆注工藝、振動形式與養(yǎng)護制度等施工工藝為確保大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件質(zhì)量指明了改進方向，具有一定的借鑒意義。

冶金、能源工業(yè)固廢與城市建筑垃圾通常含有多種重金屬和有毒物質(zhì)，甚至有些還具有放射性危害。固廢大摻量裝配式PC構(gòu)件必定帶來相應的環(huán)境安全與評價問題，需要深入研究。近年來，裝配式建筑由于其綠色施工、環(huán)保等優(yōu)點得到快速發(fā)展，但是此種建筑環(huán)境影響評價定量化的研究較少。行業(yè)對工業(yè)固廢與建筑垃圾應用中的環(huán)境問題關注度高，缺乏指導正確認識的環(huán)境安全評價體系。北京建筑材料科學研究總院固廢資源化與節(jié)能建材國家重點實驗室采取系統(tǒng)模型建立、物質(zhì)平衡計算、定量分析等手段，圍繞冶金固廢、尾礦和城市建筑垃圾等固廢有害物質(zhì)識別、結(jié)合形態(tài)進行分析，研究了不同結(jié)合形態(tài)有害物質(zhì)在原材料處理、性能提升和生產(chǎn)及服役全程中結(jié)合形態(tài)的衍變歷程和重金屬離子在水化進程中的固化與溶出機理，確定有害物質(zhì)在全程中的限量，建立了混凝土及水泥制品行業(yè)中重金屬溶出物毒性評價方法、長期安定性試驗方法與環(huán)境安全性全過程評價技術(shù)體系，為進一步開展固廢大摻量裝配式PC構(gòu)件環(huán)境檢測與評價研究奠定了基礎。

三、大摻量固廢制備的挑戰(zhàn)與對策建議

(一)典型固廢非穩(wěn)定相消解與大摻量固廢應用活化理論尚未建立

冶金、能源固廢與建筑垃圾中含有的非穩(wěn)定相和活性低組分是固廢難以規(guī)?；鲋道玫年P鍵共性難題。通過開展特定條件消解反應動力學特征與熱力學邊界條件研究，揭示游離氧化鈣、氧化鎂等非穩(wěn)定相消解機理和多尺度多固廢協(xié)同干預低活性硅質(zhì)微粉膠凝活性提升規(guī)律，并建立相應理論，為工業(yè)固廢與城市建筑垃圾規(guī)?；鲋祽糜谘b配式PC構(gòu)件提供技術(shù)理論支撐。

(二)大摻量固廢裝配式預制混凝土及構(gòu)件的性能調(diào)控與本構(gòu)關系不清

裝配式PC構(gòu)件施工性能、力學性能和耐久性能既取決于各組成材料的結(jié)構(gòu)和性能，同時與材料組成、生產(chǎn)工藝、服役環(huán)境及其交互作用密切相關，固廢大摻量預制混凝土構(gòu)件材料組成、力學特性更加復雜多變，傳統(tǒng)本構(gòu)關系及性能調(diào)控理論能否繼續(xù)指導多固廢大摻量條件下復雜組分的混凝土結(jié)構(gòu)與構(gòu)件，需要通過開展固廢大摻量混凝土構(gòu)件抗拉、抗彎、抗震和粘結(jié)力等性能測試，提出固廢大摻量混凝土預制構(gòu)件性能優(yōu)化方法，提出新的微觀結(jié)構(gòu)、本構(gòu)關系及調(diào)控理論，以滿足固廢大摻量裝配式預制構(gòu)件高性能、低成本綠色發(fā)展需要，更好地指導大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件的制備實踐。

(三)大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件環(huán)境影響不明

環(huán)境安全問題事關生態(tài)文明建設，工業(yè)固廢與廢棄混凝土通常會含有重金屬污染物，甚至有些還具有放射性危害，大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件因大量使用多種固廢尤其不能忽視環(huán)境安全問題，行業(yè)對此要高度關注。密切結(jié)合前期研究基礎，進一步厘清固廢大摻量制備裝配式PC構(gòu)件生產(chǎn)、服役全過程的環(huán)境影響，構(gòu)建環(huán)境評價體系，確保預制構(gòu)件生產(chǎn)與服役環(huán)境安全。

四、結(jié)語

中國混凝土與水泥制品行業(yè)已經(jīng)進入到創(chuàng)新發(fā)展的關鍵時期。圍繞工業(yè)與城市建筑垃圾等固廢的規(guī)?；鲋道?，大力發(fā)展固廢大摻量綠色裝配式建筑是建筑與建材行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的客觀需求和必然趨勢。作為世界混凝土研發(fā)、生產(chǎn)與使用大國，更應積極擁抱而不是回避行業(yè)技術(shù)挑戰(zhàn)，力爭在固廢原料精細化預處理、大摻量固廢裝配式PC構(gòu)件制備與綠色建材環(huán)境安全評價等領形成新的理論與技術(shù)突破，在世界混凝土科技領域?qū)崿F(xiàn)新的技術(shù)引領。