话说“凝石”技术（一）

“凝石风波”的戏剧性收尾带给科技界更多的是社会道德方面的深层思考。...




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众多的水泥厂可能再也不飘浓烟和粉尘、不排任何污水，新建的房屋桥梁都像古罗马建筑一样用石材建成，却再也不用开辟新的罗马采石场……凝石技术的出现，有可能让这些梦幻式的场景变成现实。我国科学家已发明一种仿地成岩的新型建筑胶凝材料——凝石。这种将冶金渣、粉煤灰、煤矸石等各种工业废弃物磨细后再“凝聚”而成的“石头”，与寻常水泥相比，能耗更低，强度更高，并且无废水、废气、粉尘排放。

8月12日，由叶大年院士领衔的一个专家委员会来到清华大学和河北燕郊凝石产业化综合实验基地，对“863计划”项目——“凝石及其清洁制备技术”进行了细致的考察。专家一致认为，这项已经申报了4项国家专利、并荣获国家发明奖的新技术能耗低、无污染，具有完全自主知识产权，开辟了一个国际首创性的前沿新领域，整体上达到国际领先水平。

“自然界的火山喷发，大量火山灰几万年都保持稳定的性状，但如果喷到淡水中，数千年间就开始发生变化，而喷到盐湖里，几百年就可能形成岩石。”技术主要发明人、清华大学材料系教授孙恒虎说，凝石技术仿照自然界的这一成岩原理，在钢渣、粉煤灰、煤矸石等类似火山灰的废弃物中添加成岩物质，让它们在数小时乃至几十分钟内就凝聚成高强度的岩石。

实验数据和工程实践表明，凝石比传统水泥抗压、抗折强度更高，防水、防腐性能更优，完全可以替代水泥用作建筑材料，并在海洋堤坝、采矿回填等领域达到水泥无法达到的效果。从目前已经建成的3条年产量达90万吨的中试生产线情况看，凝石的生产成本比传统水泥低30％—50％，能耗比水泥低30％以上，且生产成本更低。

有专家表示，凝石技术的出现，很可能终结建筑胶凝材料的“混凝土时代”，代之以“凝石时代”。朱荣跃：凝石应属于碱激发胶凝材料，这种胶凝材料不是硅酸盐水泥类的，但与硅酸盐水泥有着相似的力学性能，重庆建筑大学、南京化工大学等单位都曾开展过以碱矿渣为主的相关研究，我院自20世纪80年代起，也开展了以粉煤灰为主，矿渣为辅的新型碱胶凝材料的研究，1988年申请了国家发明专利“粉煤灰活性激发方法”（专利公开号1034356），在国内率先研制出了碱激发粉煤灰矿渣（FKJ）混凝土，对FKJ混凝土的力学性能、水化机理、水化产物、耐化学腐蚀性及碱集料反应开展了研究。1996年~2000年，我院承担了国家“九五”科技攻关项目“重点工程混凝土安全性研究”的子专题"碱粉煤灰矿渣混凝土的耐腐蚀性及工程应用“该项目已通过由国家建材局组织的验收和鉴定。

孙树杉：“凝石”就是无熟料矿渣水泥。从“凝石”的专利说明和研发报告等技术资料中可知，“凝石”是矿渣、钢渣等工业废渣，加上“成岩剂”磨细而成的胶凝材料。成岩剂组成是Ca(OH)2、CaSO4、Na2SO4、Na2SiO3，或是它们的复合物，因此“凝石”本质上是无熟料矿渣水泥。该技术是重复或优化国内外无熟料矿渣水泥的技术。“凝石”生产工艺是常温下粉磨而成，细度达不到纳米级，因此不可能改变无熟料矿渣水泥具有的强度高，水化热低，耐温性好，耐腐蚀的优点及具有大气稳定性不好、碳化起砂，混凝土液相pH值低，钢筋易生锈的缺点。因此不能代替硅酸盐水泥在钢筋混凝土结构工程和道路工程中使用。“凝石”是无熟料矿渣水泥，可作砖等砌筑材料，井下填充材料使用。

汪澜：“凝石”是一种什么材料？应该由提出“凝石”的专家作详细、准确的说明。但从有关媒体报道的信息来分析，“凝石”是一种碱激发材料、属于地质聚合物水泥的范畴。我们可以把“凝石”和地质聚合物水泥作一个简单的比较：“凝石”以高温固体废弃物为原料，主要包括粉煤灰、自燃过的煤矸石、高炉渣等；地质聚合物水泥的主要原料是一些工业排放的固体废弃物，主要包括矿渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石等。“凝石”中需要加入少量的复合成岩流体或“成岩剂”，地质聚合物水泥需要加入少量的碱性激发剂，如硅酸钠等。“凝石”采用低能耗、无污染的“一磨”清洁制备工业模式；地质聚合物水泥的生产是单一或多种原料与碱性激发剂进行混合粉磨。“凝石”的特殊性能包括高耐久性、高抗冻融能力、有害固体废弃物的固化处理及较高的抗压强度；地质聚合物水泥在10％的硫酸溶液侵蚀条件下，每天质量损失小于0.1%；180次冻融循环后质量损失小于0.1%、强度损失小于5％；地质聚合物水泥致密性好，可以用于核废料及其他含重金属废弃物的直接固化处置；地质聚合物水泥28天龄期的抗压强度可超过90MPa。“凝石”的水化和硬化可以根据“仿地成岩理论”解释。地质聚合物水泥的水化和硬化是在碱性介质中原料中的硅氧键和铝氧键发生裂解，然后再通过新的硅氧键、铝氧键的形成以聚合成具有三维网络结构的石状体。例如，在高浓度钾、钠离子存在条件下，高岭土就会转变为沸石，即成为一种岩石。这里的“成岩剂”应该认为是碱性激发材料。

朱荣跃：这类胶凝材料的相关技术问题还有待深入研究。在改善碱胶凝材料的收缩、可施工性，减少泛碱现象等方面还有很多工作要做。研究碱胶凝材料各组分之间的相互匹配关系，应用性能更佳的激发剂，引入改善性能的外加剂是今后研究工作的重点。可用做胶凝材料的废弃物主要有粉煤灰、煤矸石、矿渣等，其原材料杂，来源不稳定。我国的年粉煤灰排放量近2亿吨，煤矸石的排放量也有1.5亿吨，矿渣产量约1亿吨，但各地的废弃物性质差别很大，应用时，需要较好的检验控制手段，矿渣的活性最好，但排放量不大，目前大部分都被水泥生产所用，少量用于混凝土，今后来源会比较紧张；粉煤灰的活性差些，利用量不高；煤矸石的性能通常比粉煤灰还差，今后要加强研究。随着研究的深入，激发剂的成本会不断降低，碱胶凝材料的应用面会逐步扩大。

（资料来自于网络，未完待续）

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