在一些行業人士看來，地聚合物水泥簡直不能稱之為“水泥”，因為它是對傳統硅酸鹽水泥的顛覆。而翟冠杰堅信，憑借低碳、價格、性能等方面的獨特優勢，相應標準出臺后，地聚合物水泥未來發展前景不可估量。

地聚合物水泥是水泥嗎？

“地聚合物水泥就是地聚合物（Geopolymer），水泥二字是個同位語。”翟冠杰向《中國建材報》記者介紹，地聚合物水泥是“地質聚合物膠凝材料（Geopolymer Cementitious Materials）”的簡稱，是一種利用過火硅酸鹽固廢生產的、碳排僅占傳統水泥20%左右的、生產成本降低50%左右的、耐火耐酸耐海水的高強度新型生態水泥。

“宇宙中燃燒過的硅酸鹽粉末（如火山灰）都可以通過常溫化學激發、重組鍵合生成地聚合物石塊（Geolymer）。”翟冠杰向記者表示，國外科學家用月球灰（月壤）制備了高強度地聚合物混凝土，稱之為“月球混凝土”（月球灰的化學成分酷似粉煤灰），加州大學正在研發“火星磚”。

地聚合物有其明確的定義：具有Si（Al）-O四面體單元結構立體網的、短程有序長程無序的準晶態和非晶態共生的、各向同性的類沸石無機非金屬材料。因為制造它的原材料（前驅體Precursor）可以全用粉煤灰等煅燒過的工業廢棄物生產，所以節能利廢、生態環保，被全球公認為最低碳的綠色水泥。

“地聚合物水泥比傳統硅酸鹽水泥減碳80%～90%，準確說，就是生產1噸傳統水泥熟料約排放900～1000千克二氧化碳，而生產1噸地聚合物水泥僅排放100～200千克二氧化碳。”翟冠杰認為，這是水泥行業實現碳達峰碳中和目標的首選綠色水泥替代品種。

國內產業化起步較晚

在翟冠杰看來，地聚合物水泥不僅可以用來制造混凝土構件、預制路面、公路水穩層、海工混凝土構件（海上石油鉆井平臺、跨海大橋、擋浪石和人工魚礁等），還可用于制造“月球混凝土”“火星磚”、礦井（坑）充填材料和永久凍土層路基等多功能型地球上的和太空其他星球上的“水泥混凝土”制品。

地聚合物水泥制成的擋浪石 翟冠杰/供圖

國內地聚合物水泥產業化工作起步較晚。2015年10月，德州學院粉煤灰研究所與大連恒翔粉煤灰綜合利用有限公司強強聯合，歷經兩年上百次試驗，打通了“科研最后1公里”，于2017年8月建成了國內第一條地聚合物水泥PC構件生產線，并把國家能源集團（國電）大連莊河電廠的1萬噸粉煤灰變成了3萬立方米生態人工魚礁。

上述兩家科技人員又經過兩年奮斗，于2019年11月建成亞洲第一條大孔徑地聚合物水泥耐酸管道中試生產線，把論文寫在了祖國大地上。

2021年12月，德州學院粉煤灰研究所與海南藍島環保產業股份有限公司聯合在海南省洋浦經濟開發區建成“中國地聚物南海島礁實驗室”。

2022年春節期間，德州學院粉煤灰研究所與山西科煤礦業技術開發有限公司工程技術人員利用春節假期在國家能源集團內蒙古（鄂爾多斯）察哈素煤礦完成世界首例“純粉煤灰地聚物綠色混凝土料漿充填開采中試”。

三大原因影響新技術推廣

盡管試驗已出成果，但翟冠杰和他的團隊一直深刻感受到新技術推廣之難。“被排擠，難以落地。”翟冠杰認為，像粉煤灰摻加量達到100%的純綠色新水泥——地聚合物水泥此前難以推而廣之，原因主要有三點。

一是國內缺乏地聚合物相關標準。為此，德州學院粉煤灰研究所發起成立了中國散裝水泥協會地聚合物水泥與綠色建材委員會，翟冠杰任執行會長，其宗旨就是在國內制定一系列關于地聚合物水泥（膠凝材料）的團標、行標和國標，推動地聚合物產業發展。

二是作為地聚合物水泥最好的原材料粉煤灰價格高得令人難以接受。翟冠杰告訴《中國建材報》記者，大多數電廠的做法是把已經列為固廢的粉煤灰作為商品銷售，“賣掉粉煤灰即完成綜合利用任務”。“最高價”中標的灰商再轉賣給下游客戶而獲得利潤，粉煤灰去向主要是混凝土攪拌站、水泥粉磨站和蒸壓加氣混凝土廠等。

“也就是說，大部分粉煤灰是作為一種商品，通過市場化運作來實現綜合利用的。”翟冠杰說。

三是國內掌握地聚合物水泥核心技術的科技人才稀缺。“大家都忙于寫論文晉升職稱，極少有人研究粉煤灰。”翟冠杰無奈地說。

經過研究人員近20年的努力，行業內對地聚合物水泥已有一定的認知。據《中國建材報》記者了解，目前正在生產或計劃生產地聚合物水泥混凝土的企業有大連恒翔粉煤灰綜合利用有限公司、海南藍島環保產業股份有限公司、福建泉工股份有限公司（德國策尼特公司）等10余家企業。

前景被看好的地聚合物水泥

地聚合物水泥的原料均來自大宗固廢。翟冠杰表示，國內除了每年排放的6億噸粉煤灰加上庫存的幾十億噸粉煤灰之外，所有燒過的硅酸鹽固廢如粒化高爐礦渣粉、鋼渣微粉、鋰渣粉和鎂渣粉等冶金渣粉及氣化灰渣和燒矸石都可以作為地聚合物水泥合成的前驅體。

“不計粉煤灰成本，生產1噸地聚合物水泥（按42.5普通水泥標準）的成本約是100～300元（主要是激發劑的成本）。”翟冠杰認為，地聚合物水泥的價格優勢仍較明顯。

低碳優勢、資源優勢、價格優勢，再加上其強大的性能優勢，翟冠杰堅信，地聚合物水泥未來市場前景光明。

“國內已經有幾家粉煤灰（基）地聚合物水泥生產項目落地，因勢利導，制定標準，指導生產很有必要。”翟冠杰告訴《中國建材報》記者，中國散裝水泥協會地聚物水泥與綠色建材委員會已同時立項了《地聚合物水泥》的行標和團標，團標的最大優勢是“發布快”，預計年內《地聚合物水泥》的團體標準就可以發布實施。這將有效破解此前影響該產品推廣的最大難題。

本標準為該領域國內首次制定的基礎標準，將規定地聚合物的定義、功能、分類、技術要求、原材料、產品適用范圍、基本施工規范、檢驗規則和檢驗方法等，翟冠杰希望能有更多的企事業單位參與編制該標準。

作者：劉秀枝 吳躍

本文原載于《中國建材報》7月18日9版