在一些行業(yè)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(tǒng)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(yōu)勢，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)出臺后，地聚合物水泥未來發(fā)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(zhì)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(chǎn)的、碳排僅占傳統(tǒng)水泥20%左右的、生產(chǎn)成本降低50%左右的、耐火耐酸耐海水的高強度新型生態(tài)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(xué)激發(fā)、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(xué)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(xué)成分酷似粉煤灰），加州大學(xué)正在研發(fā)“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(jié)構(gòu)立體網(wǎng)的、短程有序長程無序的準(zhǔn)晶態(tài)和非晶態(tài)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(qū)體Precursor）可以全用粉煤灰等煅燒過的工業(yè)廢棄物生產(chǎn)，所以節(jié)能利廢、生態(tài)環(huán)保，被全球公認(rèn)為最低碳的綠色水泥。

“地聚合物水泥比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥減碳80%～90%，準(zhǔn)確說，就是生產(chǎn)1噸傳統(tǒng)水泥熟料約排放900～1000千克二氧化碳，而生產(chǎn)1噸地聚合物水泥僅排放100～200千克二氧化碳。”翟冠杰認(rèn)為，這是水泥行業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的首選綠色水泥替代品種。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)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(gòu)件、預(yù)制路面、公路水穩(wěn)層、海工混凝土構(gòu)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(nèi)地聚合物水泥產(chǎn)業(yè)化工作起步較晚。2015年10月，德州學(xué)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(lián)合，歷經(jīng)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(nèi)第一條地聚合物水泥PC構(gòu)件生產(chǎn)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(tài)人工魚礁。

上述兩家科技人員又經(jīng)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(chǎn)線，把論文寫在了祖國大地上。

2021年12月，德州學(xué)院粉煤灰研究所與海南藍(lán)島環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司聯(lián)合在海南省洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建成“中國地聚物南海島礁實驗室”。

2022年春節(jié)期間，德州學(xué)院粉煤灰研究所與山西科煤礦業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司工程技術(shù)人員利用春節(jié)假期在國家能源集團內(nèi)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(shù)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(shù)推廣之難。“被排擠，難以落地。”翟冠杰認(rèn)為，像粉煤灰摻加量達(dá)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(nèi)缺乏地聚合物相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為此，德州學(xué)院粉煤灰研究所發(fā)起成立了中國散裝水泥協(xié)會地聚合物水泥與綠色建材委員會，翟冠杰任執(zhí)行會長，其宗旨就是在國內(nèi)制定一系列關(guān)于地聚合物水泥（膠凝材料）的團標(biāo)、行標(biāo)和國標(biāo)，推動地聚合物產(chǎn)業(yè)發(fā)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(shù)電廠的做法是把已經(jīng)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(wù)”。“最高價”中標(biāo)的灰商再轉(zhuǎn)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(xiàn)綜合利用的。”翟冠杰說。

三是國內(nèi)掌握地聚合物水泥核心技術(shù)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(jīng)過研究人員近20年的努力，行業(yè)內(nèi)對地聚合物水泥已有一定的認(rèn)知。據(jù)《中國建材報》記者了解，目前正在生產(chǎn)或計劃生產(chǎn)地聚合物水泥混凝土的企業(yè)有大連恒翔粉煤灰綜合利用有限公司、海南藍(lán)島環(huán)保產(chǎn)業(yè)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(yè)。

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(nèi)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(qū)體。

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

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

“國內(nèi)已經(jīng)有幾家粉煤灰（基）地聚合物水泥生產(chǎn)項目落地，因勢利導(dǎo)，制定標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)生產(chǎn)很有必要。”翟冠杰告訴《中國建材報》記者，中國散裝水泥協(xié)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(biāo)和團標(biāo)，團標(biāo)的最大優(yōu)勢是“發(fā)布快”，預(yù)計年內(nèi)《地聚合物水泥》的團體標(biāo)準(zhǔn)就可以發(fā)布實施。這將有效破解此前影響該產(chǎn)品推廣的最大難題。

本標(biāo)準(zhǔn)為該領(lǐng)域國內(nèi)首次制定的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，將規(guī)定地聚合物的定義、功能、分類、技術(shù)要求、原材料、產(chǎn)品適用范圍、基本施工規(guī)范、檢驗規(guī)則和檢驗方法等，翟冠杰希望能有更多的企事業(yè)單位參與編制該標(biāo)準(zhǔn)。

作者：劉秀枝 吳躍

本文原載于《中國建材報》7月18日9版