高速铁路高品质机制骨料智能制造与低碳应用
中国铁道科学研究院集团有限公司
我国高铁建设砂石骨料年用量高达1亿m3，随着河砂限采/禁采政策实施和铁路建设向西部山区推进，高铁建设面临无河砂可用、大量隧道洞渣堆存的巨大挑战，创新“隧道开挖—骨料制造—工程回用”洞渣闭环高质利用模式是高铁高质量建设的必然选择。
高铁高平顺、高稳定、少维护的目标对混凝土提出抗疲劳、低变形、高耐久的严要求，使得机制骨料在高铁工程应用中面临母岩精准判识难、骨料稳定制造难、混凝土性能调控难三大核心技术瓶颈。项目组历经10余年理论技术创新与工程实践，构建了高速铁路高品质机制骨料智能制造与低碳应用原创技术成果。
一、主要科技创新
高速铁路机制骨料应用难题与解决思路
1.创新高铁机制骨料高质化理论。
阐明母岩理化特性对混凝土性能的影响规律，揭示“母岩—机制骨料—混凝土性能”传递机理，构建涵盖有害物质含量、耐久性能与物理力学性能的高速铁路高品质机制骨料母岩指标体系，发明隧道开挖全过程的洞渣母岩性能快速评价方法和母岩化学组成实时监测技术，探明高速列车高频疲劳荷载作用下机制骨料混凝土损伤规律，构建“母岩—加工—应用”属性三维一体的高铁高品质机制骨料评价体系，实现母岩基因可知可测，为高品质机制骨料制造与应用奠定理论基础。
2.首创高铁高品质机制骨料智能制造技术。
针对机制砂颗粒跨度大（5μm ~ 5mm）、颗粒黏附和粉体团聚等问题，研发焦距自动调节与黏附颗粒高效分割技术，基于机器视觉原理突破“微米至厘米”跨尺度颗粒精准识别瓶颈，首创高精度、高通量机制砂生产质量实时监测系统；研制出磋磨整形、变频控粉、级配模控核心装备，发明“监测—反馈—自调节机制”骨料智能制造技术；发明废弃石粉质矿物掺合料和粉泥质再生骨料，形成资源全利用的机制骨料零排放绿色生产模式，实现机制骨料品质稳定可控，为机制骨料低碳应用提供材料支撑。
监测-反馈-自调节机制骨料智能制造技术
3.发明匹配高铁结构的机制骨料混凝土制备技术。
创新基于机制骨料特征的混凝土配合比设计方法，揭示机制骨料混凝土动/静态本构关系；基于流变参数调控发明复杂现浇结构用高稳健大流态机制骨料混凝土，基于界面过渡区强化和级配优化研制出预应力构件用抗疲劳低徐变机制骨料混凝土（疲劳性能大于400万次），批量预制出机制骨料混凝土预应力轨枕、轨道板、T梁和箱梁等，首次获得机制骨料混凝土预应力构件的静载、疲劳、徐变等结构性能；构建铁路机制骨料混凝土生产与应用全过程信息化管控平台，编制机制骨料“母岩—生产—应用”标准体系，实现机制骨料混凝土在铁路工程中的大规模、多场景、高质量应用。
二、项目评价
该项目成果显著提升了我国砂石行业科技水平，引领了砂石骨料行业科技进步，为实现我国铁路工程尤其是山区铁路工程绿色高质量建造提供了强有力的技术支撑。
多项成果达到国际领先水平。
三、成果及效益
项目成果突破隧道洞渣资源高值定向转化，实现了高铁混凝土骨料的生态友好型替代，广泛应用于贵南高铁、昌景黄高铁、沈白高铁、福厦高铁、合武高铁等铁路建设工程，推动铁路工程机制砂应用占比由不足10%提升至63%（西南地区达80%），保障了铁路工程建设需求，节省了大量建设成本，支撑了我国铁路工程绿色低碳建造，经济效益、社会效益和环境效益显著。