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地聚合物水泥:万事俱备,只欠东风
发布时间: 08-03 21:41    查看: 393
    
德州学院粉煤灰研究所所长、教授翟冠杰最近在忙着编制国内首次制定的《地聚合物水泥》基础标准。一直以来,他都要面对很多人对这一新技术、新产品的质疑,甚至是不接受,但经过多年努力,地聚合物水泥如今是“万事俱备,只欠东风”,只要标准能编制成功,这一新产品就有了坚实的发展基础。


在一些行业人士看来,地聚合物水泥简直不能称之为“水泥”,因为它是对传统硅酸盐水泥的颠覆。而翟冠杰坚信,凭借低碳、价格、性能等方面的独特优势,相应标准出台后,地聚合物水泥未来发展前景不可估量。


地聚合物水泥是水泥吗?

“地聚合物水泥就是地聚合物(Geopolymer),水泥二字是个同位语。”翟冠杰向《中国建材报》记者介绍,地聚合物水泥是“地质聚合物胶凝材料(Geopolymer Cementitious Materials)”的简称,是一种利用过火硅酸盐固废生产的、碳排仅占传统水泥20%左右的、生产成本降低50%左右的、耐火耐酸耐海水的高强度新型生态水泥。


“宇宙中燃烧过的硅酸盐粉末(如火山灰)都可以通过常温化学激发、重组键合生成地聚合物石块(Geolymer)。”翟冠杰向记者表示,国外科学家用月球灰(月壤)制备了高强度地聚合物混凝土,称之为“月球混凝土”(月球灰的化学成分酷似粉煤灰),加州大学正在研发“火星砖”。


地聚合物有其明确的定义:具有Si(Al)-O四面体单元结构立体网的、短程有序长程无序的准晶态和非晶态共生的、各向同性的类沸石无机非金属材料。因为制造它的原材料(前驱体Precursor)可以全用粉煤灰等煅烧过的工业废弃物生产,所以节能利废、生态环保,被全球公认为最低碳的绿色水泥。


“地聚合物水泥比传统硅酸盐水泥减碳80%~90%,准确说,就是生产1吨传统水泥熟料约排放900~1000千克二氧化碳,而生产1吨地聚合物水泥仅排放100~200千克二氧化碳。”翟冠杰认为,这是水泥行业实现碳达峰碳中和目标的首选绿色水泥替代品种。


国内产业化起步较晚

在翟冠杰看来,地聚合物水泥不仅可以用来制造混凝土构件、预制路面、公路水稳层、海工混凝土构件(海上石油钻井平台、跨海大桥、挡浪石和人工鱼礁等),还可用于制造“月球混凝土”“火星砖”、矿井(坑)充填材料和永久冻土层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挡浪石 翟冠杰/供图


国内地聚合物水泥产业化工作起步较晚。2015年10月,德州学院粉煤灰研究所与大连恒翔粉煤灰综合利用有限公司强强联合,历经两年上百次试验,打通了“科研最后1公里”,于2017年8月建成了国内第一条地聚合物水泥PC构件生产线,并把国家能源集团(国电)大连庄河电厂的1万吨粉煤灰变成了3万立方米生态人工鱼礁。


上述两家科技人员又经过两年奋斗,于2019年11月建成亚洲第一条大孔径地聚合物水泥耐酸管道中试生产线,把论文写在了祖国大地上。


2021年12月,德州学院粉煤灰研究所与海南蓝岛环保产业股份有限公司联合在海南省洋浦经济开发区建成“中国地聚物南海岛礁实验室”。


2022年春节期间,德州学院粉煤灰研究所与山西科煤矿业技术开发有限公司工程技术人员利用春节假期在国家能源集团内蒙古(鄂尔多斯)察哈素煤矿完成世界首例“纯粉煤灰地聚物绿色混凝土料浆充填开采中试”。


三大原因影响新技术推广

尽管试验已出成果,但翟冠杰和他的团队一直深刻感受到新技术推广之难。“被排挤,难以落地。”翟冠杰认为,像粉煤灰掺加量达到100%的纯绿色新水泥——地聚合物水泥此前难以推而广之,原因主要有三点。


一是国内缺乏地聚合物相关标准。为此,德州学院粉煤灰研究所发起成立了中国散装水泥协会地聚合物水泥与绿色建材委员会,翟冠杰任执行会长,其宗旨就是在国内制定一系列关于地聚合物水泥(胶凝材料)的团标、行标和国标,推动地聚合物产业发展。


二是作为地聚合物水泥最好的原材料粉煤灰价格高得令人难以接受。翟冠杰告诉《中国建材报》记者,大多数电厂的做法是把已经列为固废的粉煤灰作为商品销售,“卖掉粉煤灰即完成综合利用任务”。“最高价”中标的灰商再转卖给下游客户而获得利润,粉煤灰去向主要是混凝土搅拌站、水泥粉磨站和蒸压加气混凝土厂等。


“也就是说,大部分粉煤灰是作为一种商品,通过市场化运作来实现综合利用的。”翟冠杰说。


三是国内掌握地聚合物水泥核心技术的科技人才稀缺。“大家都忙于写论文晋升职称,极少有人研究粉煤灰。”翟冠杰无奈地说。


经过研究人员近20年的努力,行业内对地聚合物水泥已有一定的认知。据《中国建材报》记者了解,目前正在生产或计划生产地聚合物水泥混凝土的企业有大连恒翔粉煤灰综合利用有限公司、海南蓝岛环保产业股份有限公司、福建泉工股份有限公司(德国策尼特公司)等10余家企业。


前景被看好的地聚合物水泥

地聚合物水泥的原料均来自大宗固废。翟冠杰表示,国内除了每年排放的6亿吨粉煤灰加上库存的几十亿吨粉煤灰之外,所有烧过的硅酸盐固废如粒化高炉矿渣粉、钢渣微粉、锂渣粉和镁渣粉等冶金渣粉及气化灰渣和烧矸石都可以作为地聚合物水泥合成的前驱体。


“不计粉煤灰成本,生产1吨地聚合物水泥(按42.5普通水泥标准)的成本约是100~300元(主要是激发剂的成本)。”翟冠杰认为,地聚合物水泥的价格优势仍较明显。


低碳优势、资源优势、价格优势,再加上其强大的性能优势,翟冠杰坚信,地聚合物水泥未来市场前景光明。


“国内已经有几家粉煤灰(基)地聚合物水泥生产项目落地,因势利导,制定标准,指导生产很有必要。”翟冠杰告诉《中国建材报》记者,中国散装水泥协会地聚物水泥与绿色建材委员会已同时立项了《地聚合物水泥》的行标和团标,团标的最大优势是“发布快”,预计年内《地聚合物水泥》的团体标准就可以发布实施。这将有效破解此前影响该产品推广的最大难题。


本标准为该领域国内首次制定的基础标准,将规定地聚合物的定义、功能、分类、技术要求、原材料、产品适用范围、基本施工规范、检验规则和检验方法等,翟冠杰希望能有更多的企事业单位参与编制该标准。


作者:刘秀枝 吴跃

本文原载于《中国建材报》7月18日9版


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