煤基固废固化材料应用技术规程说明

一、工作简况；

包括任务来源、协作单位、中关村众信土壤修复产业技术创新联盟团

体标准（以下简称：土盟团体标准）主要起草人及其所做的工作等。

（一）标准制定的背景意义

涉煤产业聚集区有煤炭开采、煤炭洗选加工、燃煤（矸石）电厂

及煤化工等企业，煤炭开采和洗选加工排放大量的煤矸石，燃煤（矸

石）电厂产生大量的粉煤灰、脱硫石膏、炉渣等固体废弃物，产量巨

大，且主要以堆存方式处理。据统计，国内每年新增堆存煤基固废约

30亿吨，对当地环境造成了污染（如煤矸石自燃，煤基固废中含有

的无机与有机污染物），占用土地，严重影响煤炭产业聚集区的生态

环境。

煤基固体废弃物的综合利用，以及涉煤产业聚集区生态治理与环

境修复是涉煤产业聚集区的难题，也是我国生态文明建设迫切需要解

决的问题。煤基固废固化材料能协同利用涉煤产业聚集区产生的大宗

煤基固废物，如煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏等，可实现固废的综合利

1

用，同时对矿区固废堆场进行治理和生态修复，符合国家和地区产业

可持续发展、低碳减排、生态发展的战略方向。

该文件基于不同要求的煤基固废砂浆、煤基固废固化材料的需求

而设计，与传统砂浆、混凝土相比，能够显著降低天然原料的（如：

天然石料、河砂）消耗，可改善因混凝土大量使用而造成天然砂石的

短缺和环境的压力，同时可有效固化重金属，减小固废排放对环境的

影响。

传统煤矸石一般是以堆积形式随地形在山坡或山沟谷中对煤矸

石进行排放堆积，以分层碾压，黄土覆盖的方式对煤矸石山进行堆存。

这种方法虽有一定效果，但不能完全切断煤矸石山内部的空气与水的

传输，易引起煤矸石山的自燃，因而需要对煤矸石进行二次治理。

开发煤基固废固化材料替代煤矸石山各分层碾压的黄土，进行隔

离防渗，切断煤矸石山内部氧气和水的传输路径，同时对煤矸石山进

行资源化封存，实现煤矸石“堆存隔离——自燃预防——生态治理和

资源化封存”的一步完成路径转变，对涉煤产业聚集区大宗固废堆场

污染治理起到示范和引领作用。

（二）任务来源

根据国家重点研发计划《煤炭产业集聚区场地污染治理技术集成

与工程示范》（项目编号：2020YFC1806500）中子课题“多煤基固废

制备高强固化材料及其污染物阻隔安全利用技术”研发及煤基固废固

化材料应用技术的要求，建立新型煤基固废固化材料在煤基固废堆场

中污染物隔离、防渗安全修复及其应用技术规程。《煤基固废固化材

2

料应用技术规程》由中国矿业大学（北京）许泽胜副教授牵头起草，

计划完成年限2023年。

（三）主要协作单位和工作成员及所做的工作

标准制定任务下达后，中国矿业大学（北京）组织成立了《煤基

固废固化材料应用技术规程》制定项目组，包括：中国矿业大学（北

京）、山西绿巨人环境科技有限公司、中国矿业大学、山西锦兴能源

有限公司、山西国信土地开发有限公司、北京都市绿源环保科技有限

公司、广东清大同科环保技术有限公司、河北工业大学等。标准制定

项目组共同制定了技术规程编制工作方案，并按照有关煤基固废利用

和生态修复及混凝土行业标准制定要求开展了编制工作。

（四）编写人员与分工

技术规程制定过程由中国矿业大学（北京）、山西绿巨人环境科

技有限公司、中国矿业大学、北京都市绿源环保科技有限公司等单位

的人员参与，参加人员从事的专业涵盖矿业工程学、材料学、矿物学、

土壤学、建筑学、生态学等多个领域，围绕文件的技术内容，根据各

成员专业特长划分编制工作职责，开展材料研发、资料收集、实地调

研、第三方检测、文本完成、数据处理等工作。

表1主要起草人员信息及分工

起草人

单位职称/职务工作职责

姓名

许泽胜中国矿业大学副教授/副处方案制定、组织协调，

（北京）长主持技术规程编写、技

3

术内容的审核、把关等。

宫有寿山西绿巨人环总经理煤基固废胶砂、砂浆

李广强境科技有限公副总经理煤基固废固化材料

任格司工程师工程应用

胡振琪中国矿业大学教授范围、术语和定义、附

汤庆国河北工业大学教授录

曾波北京都市绿源副总工程师基本规定、制备工艺、

环保科技有限技术内容及其审核等

公司

贾屹海广东清大同科董事长/高级

环保技术有限工程师

公司

张国荣山西锦兴能源副总经理煤基固废固化体，固化

刘轶有限公司副总经理重金属的工程应用

梁建伟山西国信土地主任

开发有限公司

舒新前中国矿业大学教授组织协调等工作

黄占斌（北京）教授

等

二、工作主要过程；

本技术过程由中国矿业大学（北京）负责牵头制定。

（一）技术规程检索

4

2022年1月-2022年6月，查阅国内外煤基固废固化材料及其固

化重金属特性的最新相关文献和标准规范，梳理前期工作的相关研究

成果，开展不同原材料配比及固化性能的相关研究。

（二）调研准备阶段

2022年7月-2022年12月，实地调研山西焦煤集团屯兰矿、东曲

矿、西曲矿等煤矸石堆场及矸石山自燃区，与技术实施单位的相关人

员进行交流学习，重点包括煤矸石山堆场及其自燃现状和防自燃材料、

方法等。

（三）标准起草阶段

2023年1月至2023年3月，中国矿业大学（北京）接到标准制

定任务后，组织有关科研教学单位及专家成立制定工作组，制定了工

作计划，明确了人员任务分工和进度要求等，全面启动了标准编制工

作，对相关资料进行了整理，对现场工作相关条件进行了调研。制定

工作组在总结多年固体废弃物资源化、煤基固废固化材料及应用和现

有标准的基础上，确定了主要内容和技术指标，按照GB/T1.1-2010

的要求，对标准的结构和编写格式进行修订，并于2023年1月和3

月先后两次召开内部研讨会对标准文本主要内容进行了研讨。

（四）标准修改完善阶段

2023年3月-2023年7月，在形成应用技术规程讨论稿的基础上，

经过起草小组成员多次讨论与修改，于2023年4月形成标准的初稿，

并将标准初稿在工作组内部进行讨论。同年4月25日，形成技术规

程的征求意见稿，提交土盟组织的有关高校、科研院所单位专家级管

5

理人员广泛征求意见，征集意见30余条，包括文本的格式、主要技

术指标、应用范围、相关附录等，逐条修改和完善，于5月，在编制

组内部研讨形成了文本的提交稿。

三、确定土盟团体标准主要技术内容（如技术指标、参数、公式、性

能要求、试验方法、检验规则等）的论据（包括试验、统计数据）。

（一）标准编制原则

标准编制依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准

化文件的结构和起草规则》的要求，根据当前形势和今后一段时期内

煤基固废固化材料技术发展的需求，按照科学、适用的原则，保持文

件内容和方法的针对性、可操作性和实用性。

1.针对性原则

主要针对煤基固废固化材料应用技术规范中关键技术环节容易出

现的问题进行规范。煤基固废固化材料主要应用于施工建设中替代固

化重金属传统砂浆、水泥混凝土等固化材料，由于其胶凝特性本身具

有固化重金属的特性。煤基固废固化材料的应用能够大量消耗现存的

煤基固体废物，减少土地占用、土地污染。使用活化后的粉煤灰与脱

硫石膏代替大部分水泥，煤矸石集料替代天然石料，缓解混凝土对天

然原料（天然石料、河砂）的消耗，同时可用于进行固废堆场的生态

治理和生态修复。但煤基固废固化材料原料（煤矸石、粉煤灰、脱硫

石膏）具有不稳定性，其主要原因在于我国煤矿分布范围广，使得煤

基固废物的化学成分及共生赋存矿物相互间有差别，所产生的煤基固

废物物理化学性质存在一定差异，对煤基固废物的综合利用与制备煤

6

基固废固化材料造成了困难。标准针对性强，解决了技术评价推广中

关键环节问题。

近年来我国煤炭消耗持续增加，导致了大量煤基固废的产生，据

统计我国已积存煤矸石约70亿吨，粉煤灰存量超6亿吨，造成了大

量土地的浪费，影响了人民的生活，局部地区矛盾突出。针对煤基固

废物堆存大，传统混凝土原料消耗大的现状，把煤基固废制备固化材

料与混凝土的消耗结合，为解决煤基固废堆存与混凝土消耗的问题提

供了新思路。但面临煤基固废自身性质不稳定，如：煤矸石形状系数、

压碎值、吸水率、纹理指数、表面粗糙度与天然石料有区别，不同地

区、不同深度煤矸石物理化学性质有一定差别，煤矸石山本身有大量

煤矸石，以煤矸石通过分级分质处理制备煤矸石集料，作为煤基固化

材料的原料具有重大的现实应用价值；粉煤灰成分、粒度、活性差别

大等；不同地区的脱硫石膏性质及物相成分存在差异等，都对煤基固

废的高效利用造成困难，因此迫切需要建立煤基固废固化材料应用技

术规程。

2.可操作性原则

根据煤基固废固化材料在实际中的推广，在煤基固废固化材料的

性能检验以及煤基固废砂浆和煤基固废固化材料的配合比设计、制备、

施工及质量验收等环节注重可操作性，难度系数较小，便于向社会推

广，突出了关键环节，具有较强的可操作性。

3.实用性原则

7

本标准的目的是为煤基固废固化材料应用技术推广起到支撑作

用，增加煤基固体废物的综合利用，减少水泥、天然石料、河砂的消

耗。由于我国不同地区煤矿深度以及煤炭变质程度不同，煤基固废物

性质参数会有差别，《煤基固废固化材料应用技术规程》为煤基固废

固化材料应用技术推广提供科技支撑。在煤基固废固化材料的性能检

验以及煤基固废砂浆和煤基固废固化材料的配合比设计、制备、施工

及质量验收、重金属固化体浸出毒性、检验与评价等方面注重总结了

大量试验经验，参考了大量的现行规范，进一步提高了标准的实用性，

有利于引导煤基固废固化材料应用技术规范化、标准化。

（二）标准主要内容

1.标准内容框架

本文件规定了煤基固废固化材料应用技术规范中煤基固废固化

材料的性能检验以及煤基固废砂浆和固化材料的配合比设计、制备、

施工及质量验收、重金属固化能力等技术内容。文件的内容包括：

（1）范围

（2）规范性引用文件

（3）术语和定义

（4）煤基固废固化材料制备工艺

（5）总体要求

（6）煤基固废砂浆

（7）煤基固废固化材料

（8）煤基固废重金属固化体

8

2.适用范围的确定

本文件适用于煤基固废固化材料在煤矸石和粉煤灰等煤基固废

的利用及其煤矸石山工程治理和应用中的有关操作事宜。

3.主要参考文献

粉煤灰质量规定，符合GB/T1596-2014《用于水泥和混凝土中

的粉煤灰》对拌制砂浆和混凝土用粉煤灰理化性能要求，其将粉煤灰

划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。使用Ⅲ级粉煤灰时，为提高粉煤灰活性，

需进行适当磨细活化或机械化学活化。粉煤灰磨矿细度符合

GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》中45μm负压筛析法进

行，筛析时间为3min。

工业副产石膏使用，符合GB/T21371-2019《用于水泥中的工业

副产石膏》对工业副产石膏所列要求以及等级划分。工业副产石膏技

术要求符合GB/T37785-2019《烟气脱硫石膏》，主要以二水硫酸钙

含量将脱硫石膏划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。

水泥使用制度，符合GB175《通用硅酸盐水泥》的有关规定。

煤基固废胶砂三氧化硫、氯离子含量、密度、细度、技术指标检

验方法分别符合GB/T176《水泥化学分析方法》、JC/T420、《水

泥原料中氯离子化学分析方法》、GB/T208《水泥密度测定方法》、

GB/T1345《水泥细度检验方法筛析法》，标准稠度用水量、初凝时

间、终凝时间、安定性检验方法应符合GB/T1346《水泥标准稠度用

水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T750《水泥压蒸安定性试

验方法》。

9

煤基固废胶砂的放射性要求和检验，应符合GB6566-2010《建

筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料、装修材料、试验方法、检

验规则的规定。

煤基固废胶砂浸出毒性检验方法应参照HJ/T299《固体废物浸

出毒性浸出方法硫酸硝酸法》的有关规定。

煤基固废胶砂重金属浸出浓度测定应参照《危险废物鉴别标准

浸出毒性鉴别》GB5085.3-2007附录A、B、C、D。

煤基固废胶砂进场检验及取样方法符合GB/T12573《水泥取样

方法》内容。

煤矸石集料性质及级配除在本文件中符合下表2和表3的有关技

术要求外，煤基固废固化材料用煤矸石集料还应符合我国环保和安全

的相关标准和规范，不应对人体、生物、环境及混凝土性能产生有害

影响。

煤基固废固化材料外加剂使用，符合GB8076-2008《混凝土外

加剂》受检材料性能指标、均质性指标。

煤基固废固化材料用水，符合JGJ63《混凝土用水标准》技术

要求，为了充分利用矿井水，本文件中固化材料用于煤矸石山生态修

复时，使用矿井水符合GB/T31392-2022《煤矿矿井水利用技术导则》

工业用水用煤矿矿井水技术要求。

采用预拌方式生产煤基固废固化材料，应参照GB/T14902-2012

《预拌混凝土》分类、性能等级及标记、质量要求，或应参照GB

50164-2011《混凝土质量控制标准》混凝土性能要求。

10

煤基固废固化材料粗细骨料用量应参照JGJ55-2011《普通混凝

土配合比设计规程》的有关规定，采用质量法或体积法进行计算。

煤基固废固化材料制备与施工设备应参照GB/T10171《建筑施

工机械与设备混凝土搅拌站(楼)》的有关规定。

煤基固废固化材料匀质性的试验方法，应参照GB/T9142-2000

《建筑施工机械与设备混凝土搅拌机》，搅拌性能试验。

煤基固废固化材料运输，应参照GB50164-2011《混凝土质量控

制标准》，生产与施工质量控制-运输。

煤基固废固化材料施工质量验收，应参照GB50204-2015《混凝

土结构工程施工质量验收规范》。

煤基固废重金属固化体的浸出方法应参照HJ/T299-2007《固体

废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》试剂、仪器设备、浸出步骤。

重金属浸出浓度测定应参照GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸

出毒性鉴别》附录A或B或C或D。

煤基固废重金属固化体的强度检验，应参照GB/T17671《水泥

胶砂强度检验方法(ISO法)》试体养护、抗压强度测定的要求。

煤基固废重金属固化体的抗浸出性检验，浸出过程中使用的仪器，

应参照《低、中水平放射性废物固化体标准浸出试验方法》GB/T

7023-2011，浸出容器的要求。

四、主要试验（或验证）的分析、综合报告，技术经济论证，预期的

经济效果；

（一）试验概况

11

1.煤矸石

煤矸石中主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3，占80%以上。本文

件对多个来源煤矸石进行分析和评价，确定其适用于煤基固废固化材

料的灰分、发热量、压碎值、表观密度、吸水率、针片状含量、强度

活性指数等相关限值。经过大量的试验确定煤矸石的性质如表2，煤

矸石的级配如表3。煤矸石强度活性指数检验见文件中附录A。

表2煤矸石性质

指标限值

灰分（%）＞80

发热量（KJ/kg）＜3500

压碎值（%）＜35

表观密度（kg/m3）＞2450

吸水率（%）＜7.0

针片状含量（%）＜30

煤矸石强度活性指数（%）＞30

表3煤矸石级配

方孔筛筛孔（mm）199.54.752.361.180.6

累计筛余（％）0-100-2510-5030-8080-10095-100

2.粉煤灰及其活化

粉煤灰外观呈银灰色或灰黑色的颗粒状物质，主要物相组成为玻

璃微珠、磁珠、含有SiO2、莫来石、方解石等颗粒且不均匀，呈多孔

型蜂窝状组织，粒径集中分布在1-100μm，pH值在4.5-12.0之间。

其主要化学成分如下表4。粉煤灰活化后的活性指数按GB/T

12

17671-2021《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》与对比水泥强度的

比值来测定。Ⅲ级粉煤灰经过不同时间粉磨活化后粉煤灰的活性指数

如图1，添加化学活化剂后不同粉磨时间粉煤灰活性指数如下图2：

表4粉煤灰化学组成(%)

成分SiO2Al2O3Fe2O3K2OCaOTiO2MgONa2OSO3P2O5

含量62.5525.715.901.121.270.770.700.550.930.50

图1不同粉磨时间粉煤灰7d、28d活性指数

图2添加化学活化剂后不同粉磨时间粉煤灰7d、28d活性指数

从图1和图2可知，Ⅲ级粉煤灰经过不同时间粉磨和添加化学活

化剂后的活性大幅提高，最高可达117%。

13

3.煤基固废固化材料强度、固化材料制备工艺及正交试验结果

3.1煤基固废固化固化材料强度试验

以不同用量的粉煤灰、脱硫石膏、水泥、减水剂、水胶比、集料

配比构成煤基固废固化材料，得到煤基固废固化胶砂材料组分、确定

煤基固废固化砂浆强度等级如表5-8。

表5粉煤灰、脱硫石膏掺入量对煤基固废砂浆抗压强度的影响

抗压强度/MPa

粉煤灰/%脱硫石膏/%水泥/%

3d7d28d

5020307.510.438.2

55153011.614.247.1

60103010.614.548.6

6553012.220.155.3

表6粉煤灰掺入量对煤基固废固化砂浆抗压强度的影响

脱硫石膏减水剂抗压强度/MPa

粉煤灰/%水泥/%

/%/%

3d7d28d

8550.4108.916.325.3

7550.42012.620.537.8

6550.43019.128.450.3

5550.44027.337.755.5

表7减水剂添加量对煤基固废砂浆抗压强度的影响

粉煤灰脱硫石膏减水剂抗压强度/MPa

水泥/%

/%/%/%3d7d28d

6550.23017.123.247.2

6550.33015.423.442.6

6550.43019.128.450.3

6550.53010.615.636.2

表8水胶比对煤基固废砂浆抗压强度的影响

14

抗压强度/MPa

水胶比

3d7d28d

0.2012.013.116.4

0.2522.134.848.4

0.3010.017.146.1

表9煤矸石级配对煤基固废固化材料抗压强度的影响

抗压强度/MPa

4.75-2.362.36-1.181.18-0.6

3d7d28d

4616388.513.438.1

4518377.213.236.2

44203610.017.146.1

43223510.417.045.1

表5-7的研究结果表明，在加入30%水泥后，煤基固废胶砂配制

的固化材料能达到38-55MPa。水泥用量越高、所用水泥标号越高，

固化材料的强度也越高。为了材料的经济性和实用性确定固化材料的

水泥用量不超过30%。脱硫石膏对粉煤灰-水泥胶凝体系中有较好的

激发作用，前期强度主要来自脱硫半水石膏的水化，7d龄期后粉煤

灰的活性逐渐被激发，磨细后的粉煤灰比表面积、水化速率也较未磨

细的粉煤灰快。加入减水剂能有效地降低拌合用水量并起到分散水泥

颗粒的作用，提高拌合物流动性，增加料浆和易性，降低用水量来提

高试块强度。表8水胶比对煤基固废砂浆强度的影响，胶凝材料的水

化反应离不开水的参与，水胶比过低容易出现水化反应不足的现象，

降低材料强度，水胶比过高容易出现浆体流动度过大、单位体积胶凝

材料占比大幅降低的情况，也会影响材料强度。表9煤矸石级配对煤

基固废胶砂强度的影响，其中加入质量比为20-40%的煤矸石骨料后，

15

实际固化材料的水泥用量占比不超过总质量的25%。

3.2煤基固废固化材料的制备工艺

将煤基固废粉体材料替代水泥胶砂中的75%以上的水泥后制成煤

基固废胶砂，加水，掺入适量聚羧酸系高性能减水剂，在质量水胶比

为0.25-0.35、砂浆流动度160mm-240mm条件下制备砂浆，再加入按

质量计20-40%的煤矸石骨料后，制成煤基固废固化材料。固化材料

制备的工艺流程如下图3所示。

图3煤基固废固化材料制备工艺流程图

3.3煤基固废固化材料制备正交试验及结果

在3.1节配制煤基固废胶砂的基础上，确定各个掺量配比，最后

进行煤基固废固化材料正交优化试验。同时为了尽可能减少水泥的使

用，遵循着以废治废原则，水泥的掺入量占煤基固废胶砂材料的30%，

煤矸石（因素A)分别以总质量分数的20%、30%、40%掺入，粉煤灰（因

素B)分别以胶凝材料质量分数62%、65%、68%掺入，水胶比（因素C)

为0.22、0.25、0.28构造三因素三水平九组正交试验，确定煤矸石、

粉煤灰、水胶比对煤基固废固化材料的影响参数，研究煤基固废固化

材料配合比，具体正交实验结果如表10，强度极差分析结果如表11。

16

表10煤基固废固化材料正交试验结果

抗压强度

编号粉煤灰/%水胶比/%煤矸石掺量/%

3d7d28d

1620.222018.625.354.7

2620.253017.723.834.0

3620.284010.816.134.6

4650.22309.612.825.6

5650.254017.323.237.0

6650.28209.213.036.4

7680.22406.28.719.2

8680.252014.018.855.0

9680.28308.913.341.3

表11正交实验强度极差分析

指标7d抗压强度28d抗压强度

因素ABCABC

K165.246.857.1123.399.5146.1

K249.065.848.099.0126.090.8

K340.842.449.9115.5112.3100.9

k121.715.619.041.133.248.7

k216.321.916.033.042.030.3

k313.614.116.638.537.433.6

极差8.17.83.08.18.818.4

从表10可以看出，在质量水胶比为0.22-0.28，掺入煤矸石骨

料为20-40%的条件下，能制得抗压强度在20-54MPa的煤基固废固化

材料。固化材料中的水泥用量不超过其总质量的25%。表11的极差

分析结果表明：影响固化强度的因素为煤矸石最强，水胶比次之，粉

煤灰最小。

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4.煤基固废固化材料性能的第三方检测

将最佳试验参数所确定的煤基固废固化材料配合比，按照GB/T

50081-2019、GB/T50082-2009规范的要求，制备待测试体并经标准

养护后，委托具有CMA检测资质的北京市建设工程质量第三检测所有

限责任公司采用微机控制电液伺服压力试验机YAW5306+31101014、

钢直尺LG1-10-01、电子数显卡尺300mm+SH1805A2329、微机控制电

液伺服万能试验机WAW-300C+099、混凝土电通量检测仪TKY-11+1501、

全自动混凝土抗渗仪HS25Q-4A+BN31SF、混凝土动弹仪DT-10+200088、

电子天平TC20KJ+4120进行抗压、抗折强度测试，从而得到试块的

抗压、抗折强度与抗渗等级。YAW5306+31101014微机电液伺服压力

试验机是采用了液压动力源驱动，电液伺服控制技术，计算机数据采

集处理，可实现闭环控制及自动检测的高精度材料试验设备，其由试

验主机、油源（液压动力源）、测控系统、试验器具四部分组成，最

大试验力1000kN/10kN，试验机准确度等级优于1级。煤基固废固化

材料的原材料的配比及性能的第三方检测报告如附件1。

材料成分：山西省涉煤产业聚集区煤矸石、山西省涉煤产业聚集

区粉煤灰、唐山金马水泥、山西省涉煤产业聚集区电厂脱硫石膏、高

效聚羧酸减水剂。

材料掺量：煤矸石20%；胶凝材料：80%（其中胶凝材料各成分

占比：粉煤灰62%、脱硫石膏8%、水泥30%、减水剂0.4%）；水胶比：

0.25。制得的煤基固废固化材料检测结量如表12。

表12第三方检测固化材料的技术指标

18

序号检测项目检测结果

28d39.0

1抗压强度（MPa）

56d41.8

2抗折强度（MPa）28d3.1

3抗水渗透逐级加压法（MPa）1.2

4抗氯离子渗透电通量法（C）2403

从表12可以看出，经试制和第三方检测结果表明，固化材料的

强度达C40要求，其水的抗渗性能达到混凝土的抗水渗透的最高等级

P12的等级。

5.煤基固废重金属固化体的浸出毒性试验

为了检验煤基固废固化材料应用涉煤场地主要重金属元素固化

效果，参照HJ/T299《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》

确定重金属固化体浸出主要设备，研究试验步骤。

在确定煤基固废固化材料配比的基础上，参照GB/T7023《低、

中水平放射性废物固化体标准浸出试验方法》中对仪器的规范要求和

HJ/T299《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》中的实验方法，

结合GB5085.3《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》附录中关于重

金属含量检测的有关规定进行测试，得出浸出液中的重金属浓度，评

估煤基固废固化材料的固化效果。根据重金属固化率评价固化效果。

根据前期已有的实验，在抗压强度性能最佳的最优配合比条件下，

掺加不同种类、不同含量的重金属离子，通过重金属固化体的浸出毒

性实验，考察煤基固废固化体浸出浓度的影响，是否达到危险废物浸

出标准，初步评估煤基固废固化材料的固化稳定性。试验中，采用物

理掺杂的方法，将重金属盐溶于水后与固体材料共混，具体的成型及

19

养护方法与固化材料的制备条件一致；重金属离子浸出液的制备方法

参照HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》标

准进行，以硫酸硝酸混合溶液为浸提剂，模拟固体废物中重金属在堆

存处置过程中，受酸性降水影响进环境的过程；重金属离子浸出浓度

测试采用ICP-MS。不同种类、不同掺量重金属离子的浸出浓度与固

化效果如表13。

表13不同种类、不同掺量重金属离子的浸出浓度与固化率

元素掺量GB5085.33d浸出浓度3d固化率7d浸出浓度7d固化率

种类（%）-2007(mg/L)（mg/L）（%）（mg/L）（%）

0.1000.079399.98850.023399.9966

0.2000.154899.98860.044799.9967

Pb5

0.3000.116099.99670.048399.9986

0.4000.129799.99720.062699.9987

0.0330.057399.98530.051599.9866

0.0660.062799.99190.061299.9921

Cr15

0.0980.104699.99100.092799.9920

0.1310.232099.98500.147299.9905

0.0500.012299.99800.002599.9995

0.1000.006199.99950.002899.9997

Cd1

0.1500.008299.99960.003099.9998

0.2000.010499.99960.003399.9999

表13浸出研究表明，重金属参与了水化反应生成，重金属的固

化率达99.9%。通过XRD、SEM-EDS等多种分析方法研究发现，煤基

固废固化重金属，生成的主要物相为石英、莫来石、水化硅酸钙等；

重金属离子的掺入取代了原固化胶凝体系中部分Ca2+、Mg2+的位点，

20

形成相对稳定的化合物，而被替代的Ca2+、Mg2+与硅氧四面体及OH-形

成重硅钙石；重金属离子取代Ca2+、Mg2+后，被替代的水化液相中的

2+

Ca不断溶出，它促进了Ca（OH）2高饱和度的形成与生长并进入C-S-H

结构中，与Ca、Si发生键接，稳定固化在水化产物中。以铅为例，

一部分铅离子消耗体系中的OH-，生成无定形的铅氢氧化物沉淀，从

而对重金属形成固化后稳定的硅酸盐矿物及氢氧化物。图4为Pb2+重

金属固化体面扫描能谱图。图5含Pb2+固化体7dSEM-EDS分析。图6

为固化体原样与掺加Pb2+7d固化体的XRD衍射谱图。

图4Pb2+重金属固化体面扫描能谱图

图5含Pb2+固化体7dSEM-EDS分析图

21

图6固化体原样与掺加Pb2+7d的固化体XRD衍射谱图

EDS面扫分析出的元素组成有Ca、O、Si、Al、Pb，说明生成了

水合硅酸铅、水合硅酸铅钙、铅氢氧化物类的物相，这与XRD分析出

的结果一致，也进一步说明煤基固废固化材料固化体对Pb2+固化后形

成了稳定的含铅矿物。

五、采用国际标准的程度及水平的简要说明（适用时）；

本文件依据煤基固废固化材料在煤矸山治理和工程应用需求而编

制，具有满足国内使用需要的特色，与国际（国外）、国内同类标准

相比，在编制原则、编制方法、技术内容和文本结构上均明显不同。

美国30CFRPart77《煤矸石山程序规则》对煤矸石山的生产、管

理、监控和治理做出规定；加拿大《煤矸石山治理法》对煤炭矿山环

境和安全方面做出标准要求，包括煤矸石山的治理、地质勘探、矿井

开采、人员安全和环境保护等。欧盟2006/21/EC《煤矸石山污染预

防和控制指令》规定了欧盟成员国在煤矸石山环境保护方面的法律要

求：开展煤矸石山环境评价、实施治理措施，严格限制煤矸石山对环

22

境和人类健康的影响程度；澳大利亚（AustralianCoalMining

IndustryStandard）《煤矸石山治理标准》重在确保煤矸石山治理

工作的安全实施和环境保护，标准覆盖了煤矸石山治理工程的设计、

施工、验收、运营和维护等方面；国内GB18599-2020《一般工业固

体废物贮存和填埋污染控制标准》规定了一般工业固体废物贮存场、

填埋场的选址、建设、运行、封场、土地复垦等过程的环境保护要求，

以及替代贮存、填埋处置一般工业固体废物的环境保护要求，以及监

测要求和实施与监督等内容。LY/T2991—2018《煤矸石山生态修复

综合技术规范》规定了煤矸石山生态修复综合治理的基本概况调查、

自燃防治、稳定性治理、表层土壤构建、植被恢复、植被养护等技术

措施及验收标准。DB14/T1755《煤矸石堆场生态恢复治理技术规范》

较细致的规定了煤矸石堆场生态恢复治理的术语和定义、煤矸石堆场

分类及分区、治理原则及工作内容、煤矸石堆场调查评估、煤矸石堆

场治理工程、施工与验收、后期管理与维护；DB14/T1217《粉煤灰

与煤矸石混合生态填充技术规范》重在有效解决粉煤灰和煤矸石等大

宗工业固体废物的综合利用，加快粉煤灰、煤矸石的消纳进程，促进

循环经济发展，为后续生态治理和生态恢复奠定基础。以上标准重点

对矸石山环境保护和生态环境治理、恢复建设的方案要求，没有涉及

到煤基固废固化材料在煤矸石山等煤基固废堆场中的应用，因而制定

煤矸石山生态治理固化材料的应用技术规程，增加煤基固体废物的资

源化利用，减少水泥、天然石料、河砂的消耗，是对煤石山等固废堆

场生态治理的有效补充。

23

六、与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系；

标准编制过程严格遵循国家有关政策、法律法规，保持与相关标

准协调一致性。

七、重大分歧意见的处理经过和依据；

无

八、标准作为强制性标准或推荐性标准的建议；

本标准为推荐类标准，并不涉及有关国家安全、保护人体健康和

人身财产安全、环境质量要求等有关强制性地方标准或强制性条文等

的八项要求之一。煤基固废固化材料是解决煤矸石大量堆存、天然石

料大量消耗的重要途径之一，在施工建设中具有极好效果，潜力巨大。

煤基固废固化材料应用技术充分接纳和利用煤基固废，提高煤基固废

资源化利用率，同时可有效固化重金属，减少重金属对环境的污染，

实现煤炭资源绿色、可持续发展和生态环境的治理与修复。因此建议

作为推荐性煤基固废资源化利用和使用固废堆场生态治理材料的相

关产业团体标准发布实施。

九、标准发行范围和数量的建议；

本标准适用于在煤基固废的利用及其在煤矸石山等工程建设中

应用的煤基固废固化材料的性能检验、配合比设计、制备、施工及质

量验收。数量：1

十、其他应予说明的事项。

无

附件1：煤基固废固化材料的第三方检测报告

24

检验报告.pdf

25

一、工作简况；

包括任务来源、协作单位、中关村众信土壤修复产业技术创新联盟团

体标准（以下简称：土盟团体标准）主要起草人及其所做的工作等。

（一）标准制定的背景意义

涉煤产业聚集区有煤炭开采、煤炭洗选加工、燃煤（矸石）电厂

及煤化工等企业，煤炭开采和洗选加工排放大量的煤矸石，燃煤（矸

石）电厂产生大量的粉煤灰、脱硫石膏、炉渣等固体废弃物，产量巨

大，且主要以堆存方式处理。据统计，国内每年新增堆存煤基固废约

30亿吨，对当地环境造成了污染（如煤矸石自燃，煤基固废中含有

的无机与有机污染物），占用土地，严重影响煤炭产业聚集区的生态

环境。

煤基固体废弃物的综合利用，以及涉煤产业聚集区生态治理与环

境修复是涉煤产业聚集区的难题，也是我国生态文明建设迫切需要解

决的问题。煤基固废固化材料能协同利用涉煤产业聚集区产生的大宗

煤基固废物，如煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏等，可实现固废的综合利

1

用，同时对矿区固废堆场进行治理和生态修复，符合国家和地区产业

可持续发展、低碳减排、生态发展的战略方向。

该文件基于不同要求的煤基固废砂浆、煤基固废固化材料的需求

而设计，与传统砂浆、混凝土相比，能够显著降低天然原料的（如：

天然石料、河砂）消耗，可改善因混凝土大量使用而造成天然砂石的

短缺和环境的压力，同时可有效固化重金属，减小固废排放对环境的

影响。

传统煤矸石一般是以堆积形式随地形在山坡或山沟谷中对煤矸

石进行排放堆积，以分层碾压，黄土覆盖的方式对煤矸石山进行堆存。

这种方法虽有一定效果，但不能完全切断煤矸石山内部的空气与水的

传输，易引起煤矸石山的自燃，因而需要对煤矸石进行二次治理。

开发煤基固废固化材料替代煤矸石山各分层碾压的黄土，进行隔

离防渗，切断煤矸石山内部氧气和水的传输路径，同时对煤矸石山进

行资源化封存，实现煤矸石“堆存隔离——自燃预防——生态治理和

资源化封存”的一步完成路径转变，对涉煤产业聚集区大宗固废堆场

污染治理起到示范和引领作用。

（二）任务来源

根据国家重点研发计划《煤炭产业集聚区场地污染治理技术集成

与工程示范》（项目编号：2020YFC1806500）中子课题“多煤基固废

制备高强固化材料及其污染物阻隔安全利用技术”研发及煤基固废固

化材料应用技术的要求，建立新型煤基固废固化材料在煤基固废堆场

中污染物隔离、防渗安全修复及其应用技术规程。《煤基固废固化材

2

料应用技术规程》由中国矿业大学（北京）许泽胜副教授牵头起草，

计划完成年限2023年。

（三）主要协作单位和工作成员及所做的工作

标准制定任务下达后，中国矿业大学（北京）组织成立了《煤基

固废固化材料应用技术规程》制定项目组，包括：中国矿业大学（北

京）、山西绿巨人环境科技有限公司、中国矿业大学、山西锦兴能源

有限公司、山西国信土地开发有限公司、北京都市绿源环保科技有限

公司、广东清大同科环保技术有限公司、河北工业大学等。标准制定

项目组共同制定了技术规程编制工作方案，并按照有关煤基固废利用

和生态修复及混凝土行业标准制定要求开展了编制工作。

（四）编写人员与分工

技术规程制定过程由中国矿业大学（北京）、山西绿巨人环境科

技有限公司、中国矿业大学、北京都市绿源环保科技有限公司等单位

的人员参与，参加人员从事的专业涵盖矿业工程学、材料学、矿物学、

土壤学、建筑学、生态学等多个领域，围绕文件的技术内容，根据各

成员专业特长划分编制工作职责，开展材料研发、资料收集、实地调

研、第三方检测、文本完成、数据处理等工作。

表1主要起草人员信息及分工

起草人

单位职称/职务工作职责

姓名

许泽胜中国矿业大学副教授/副处方案制定、组织协调，

（北京）长主持技术规程编写、技

3

术内容的审核、把关等。

宫有寿山西绿巨人环总经理煤基固废胶砂、砂浆

李广强境科技有限公副总经理煤基固废固化材料

任格司工程师工程应用

胡振琪中国矿业大学教授范围、术语和定义、附

汤庆国河北工业大学教授录

曾波北京都市绿源副总工程师基本规定、制备工艺、

环保科技有限技术内容及其审核等

公司

贾屹海广东清大同科董事长/高级

环保技术有限工程师

公司

张国荣山西锦兴能源副总经理煤基固废固化体，固化

刘轶有限公司副总经理重金属的工程应用

梁建伟山西国信土地主任

开发有限公司

舒新前中国矿业大学教授组织协调等工作

黄占斌（北京）教授

等

二、工作主要过程；

本技术过程由中国矿业大学（北京）负责牵头制定。

（一）技术规程检索

4

2022年1月-2022年6月，查阅国内外煤基固废固化材料及其固

化重金属特性的最新相关文献和标准规范，梳理前期工作的相关研究

成果，开展不同原材料配比及固化性能的相关研究。

（二）调研准备阶段

2022年7月-2022年12月，实地调研山西焦煤集团屯兰矿、东曲

矿、西曲矿等煤矸石堆场及矸石山自燃区，与技术实施单位的相关人

员进行交流学习，重点包括煤矸石山堆场及其自燃现状和防自燃材料、

方法等。

（三）标准起草阶段

2023年1月至2023年3月，中国矿业大学（北京）接到标准制

定任务后，组织有关科研教学单位及专家成立制定工作组，制定了工

作计划，明确了人员任务分工和进度要求等，全面启动了标准编制工

作，对相关资料进行了整理，对现场工作相关条件进行了调研。制定

工作组在总结多年固体废弃物资源化、煤基固废固化材料及应用和现

有标准的基础上，确定了主要内容和技术指标，按照GB/T1.1-2010

的要求，对标准的结构和编写格式进行修订，并于2023年1月和3

月先后两次召开内部研讨会对标准文本主要内容进行了研讨。

（四）标准修改完善阶段

2023年3月-2023年7月，在形成应用技术规程讨论稿的基础上，

经过起草小组成员多次讨论与修改，于2023年4月形成标准的初稿，

并将标准初稿在工作组内部进行讨论。同年4月25日，形成技术规

程的征求意见稿，提交土盟组织的有关高校、科研院所单位专家级管

5

理人员广泛征求意见，征集意见30余条，包括文本的格式、主要技

术指标、应用范围、相关附录等，逐条修改和完善，于5月，在编制

组内部研讨形成了文本的提交稿。

三、确定土盟团体标准主要技术内容（如技术指标、参数、公式、性

能要求、试验方法、检验规则等）的论据（包括试验、统计数据）。

（一）标准编制原则

标准编制依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准

化文件的结构和起草规则》的要求，根据当前形势和今后一段时期内

煤基固废固化材料技术发展的需求，按照科学、适用的原则，保持文

件内容和方法的针对性、可操作性和实用性。

1.针对性原则

主要针对煤基固废固化材料应用技术规范中关键技术环节容易出

现的问题进行规范。煤基固废固化材料主要应用于施工建设中替代固

化重金属传统砂浆、水泥混凝土等固化材料，由于其胶凝特性本身具

有固化重金属的特性。煤基固废固化材料的应用能够大量消耗现存的

煤基固体废物，减少土地占用、土地污染。使用活化后的粉煤灰与脱

硫石膏代替大部分水泥，煤矸石集料替代天然石料，缓解混凝土对天

然原料（天然石料、河砂）的消耗，同时可用于进行固废堆场的生态

治理和生态修复。但煤基固废固化材料原料（煤矸石、粉煤灰、脱硫

石膏）具有不稳定性，其主要原因在于我国煤矿分布范围广，使得煤

基固废物的化学成分及共生赋存矿物相互间有差别，所产生的煤基固

废物物理化学性质存在一定差异，对煤基固废物的综合利用与制备煤

6

基固废固化材料造成了困难。标准针对性强，解决了技术评价推广中

关键环节问题。

近年来我国煤炭消耗持续增加，导致了大量煤基固废的产生，据

统计我国已积存煤矸石约70亿吨，粉煤灰存量超6亿吨，造成了大

量土地的浪费，影响了人民的生活，局部地区矛盾突出。针对煤基固

废物堆存大，传统混凝土原料消耗大的现状，把煤基固废制备固化材

料与混凝土的消耗结合，为解决煤基固废堆存与混凝土消耗的问题提

供了新思路。但面临煤基固废自身性质不稳定，如：煤矸石形状系数、

压碎值、吸水率、纹理指数、表面粗糙度与天然石料有区别，不同地

区、不同深度煤矸石物理化学性质有一定差别，煤矸石山本身有大量

煤矸石，以煤矸石通过分级分质处理制备煤矸石集料，作为煤基固化

材料的原料具有重大的现实应用价值；粉煤灰成分、粒度、活性差别

大等；不同地区的脱硫石膏性质及物相成分存在差异等，都对煤基固

废的高效利用造成困难，因此迫切需要建立煤基固废固化材料应用技

术规程。

2.可操作性原则

根据煤基固废固化材料在实际中的推广，在煤基固废固化材料的

性能检验以及煤基固废砂浆和煤基固废固化材料的配合比设计、制备、

施工及质量验收等环节注重可操作性，难度系数较小，便于向社会推

广，突出了关键环节，具有较强的可操作性。

3.实用性原则

7

本标准的目的是为煤基固废固化材料应用技术推广起到支撑作

用，增加煤基固体废物的综合利用，减少水泥、天然石料、河砂的消

耗。由于我国不同地区煤矿深度以及煤炭变质程度不同，煤基固废物

性质参数会有差别，《煤基固废固化材料应用技术规程》为煤基固废

固化材料应用技术推广提供科技支撑。在煤基固废固化材料的性能检

验以及煤基固废砂浆和煤基固废固化材料的配合比设计、制备、施工

及质量验收、重金属固化体浸出毒性、检验与评价等方面注重总结了

大量试验经验，参考了大量的现行规范，进一步提高了标准的实用性，

有利于引导煤基固废固化材料应用技术规范化、标准化。

（二）标准主要内容

1.标准内容框架

本文件规定了煤基固废固化材料应用技术规范中煤基固废固化

材料的性能检验以及煤基固废砂浆和固化材料的配合比设计、制备、

施工及质量验收、重金属固化能力等技术内容。文件的内容包括：

（1）范围

（2）规范性引用文件

（3）术语和定义

（4）煤基固废固化材料制备工艺

（5）总体要求

（6）煤基固废砂浆

（7）煤基固废固化材料

（8）煤基固废重金属固化体

8

2.适用范围的确定

本文件适用于煤基固废固化材料在煤矸石和粉煤灰等煤基固废

的利用及其煤矸石山工程治理和应用中的有关操作事宜。

3.主要参考文献

粉煤灰质量规定，符合GB/T1596-2014《用于水泥和混凝土中

的粉煤灰》对拌制砂浆和混凝土用粉煤灰理化性能要求，其将粉煤灰

划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。使用Ⅲ级粉煤灰时，为提高粉煤灰活性，

需进行适当磨细活化或机械化学活化。粉煤灰磨矿细度符合

GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》中45μm负压筛析法进

行，筛析时间为3min。

工业副产石膏使用，符合GB/T21371-2019《用于水泥中的工业

副产石膏》对工业副产石膏所列要求以及等级划分。工业副产石膏技

术要求符合GB/T37785-2019《烟气脱硫石膏》，主要以二水硫酸钙

含量将脱硫石膏划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。

水泥使用制度，符合GB175《通用硅酸盐水泥》的有关规定。

煤基固废胶砂三氧化硫、氯离子含量、密度、细度、技术指标检

验方法分别符合GB/T176《水泥化学分析方法》、JC/T420、《水

泥原料中氯离子化学分析方法》、GB/T208《水泥密度测定方法》、

GB/T1345《水泥细度检验方法筛析法》，标准稠度用水量、初凝时

间、终凝时间、安定性检验方法应符合GB/T1346《水泥标准稠度用

水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T750《水泥压蒸安定性试

验方法》。

9

煤基固废胶砂的放射性要求和检验，应符合GB6566-2010《建

筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料、装修材料、试验方法、检

验规则的规定。

煤基固废胶砂浸出毒性检验方法应参照HJ/T299《固体废物浸

出毒性浸出方法硫酸硝酸法》的有关规定。

煤基固废胶砂重金属浸出浓度