建筑革命 環保水泥

生產過程中二氧化碳氣體幾乎達到零排放、擁有比其他水泥更強的耐壓力、為工業廢料的回收再利用提供了新途徑，一種新型地質聚合物環保水泥的誕生，表明不久的將來，它定會成為建筑師們的寵兒和生活在鋼筋混凝土叢林中都市人的最愛。

歪打正著的發明

雖然這種材料還沒有出現在建筑高校的教科書中，也沒有出現在公共建設的工程中，但是以其優良的性能，相信這一切的到來不會太遠。因為公路建設、藝術品創作、房屋建設以及其他以水泥為材料建造的設施都將得益于這一材料的使用。那么，我們所說的是一種什么樣的材料呢?這是一種革命性的建筑材料，這不僅僅體現在它對壓力、火和酸性物質具有上佳的抵抗力，更值得注意的是，在生產這種材料的過程中，二氧化碳排放量幾乎為零。這種水泥集如此種種優點于一身，同時還能將工業廢料作為原材料對其進行再利用。這樣的發明簡直是太妙了!

這種“終極水泥”優良性能的獨門秘笈是什么?是一種鋁硅酸鹽礦物聚合物，這種聚合物早在20世紀70年代由法國研究人員發明。當時法國正致力于對構成塑料的有機聚合物進行研究，由于這些物質極易燃燒，研究人員便試圖尋找更加耐火的物質來取而代之。1972年，研究人員得到了一種由礦物合成的聚合物，將其命名為地質聚合物，原意是指地球化學作用形成的鋁硅酸鹽礦物聚合物。在研究過程中，研究人員發現任何一種含有二氧化硅和鋁的材料都是合成地質聚合物的絕佳材料。

環保方面新貢獻

研究人員通過分解主要由二氧化硅和鋁組成的黏土物質，將提取物與一種堿性硅酸鹽溶液相混合，然后形成一種基本由二氧化硅與氫氧化鈉或與苛性鉀組成的混合物，結果得到了一種在室溫度條件下幾小時內便凝固的物質。起初，這些地質聚合物的應用僅限于航空業使用的模具和工具等高科技領域。但是，當自從20世紀90年代初人們開始意識到二氧化碳排放所帶來的危害后，針對這一領域的研究便得到普遍重視，利用地質聚合物成為普通水泥替代品的研究目前全球正在進行的實驗室約有60家。

為了更好地理解這些地質聚合物在工業及環保方面的重要性，我們應該知道現在生產1噸傳統水泥，就要至少向大氣層排放1噸二氧化碳。盡管各國付出巨大努力，但水泥工業的二氧化碳排放量一直居高不下。這些二氧化碳50%來自于將碳酸鈣轉化為生石灰的工藝過程；還有40%的排放量來自于化石能源的燃燒，這是為了確保該工藝所要求1 450℃的反應溫度；剩下約10％排放量則來自于電力的傳輸與消耗。但是科學家研制的地質聚合物水泥不存在這樣的問題。它所使用的原料是從黏土物質中提取出來的一種礦物——高嶺土，只須焙燒至650℃。經過這樣的工序，可以得到一種機械強度與傳統水泥相當的水泥產品，重要的是其相關工序中二氧化碳氣體的排放量降低了80％之多。

但是，這種最早的由地質聚合物構成的新型水泥，價格是普通水泥的6倍，因為它的生產過程對堿式硅酸鹽的需求量非常大。可喜的是，隨后研究人員發現，火力發電廠拋棄的粉煤灰是極佳的原料，這種物質的構成有80％是二氧化硅和鋁。這種以粉煤灰為原料的水泥生產中，二氧化碳的排放量幾乎為零，因為在這一過程中并不需要對原料預熱。熱的粉煤灰可以直接作為原料投入水泥生產!同時被證實，主要由堿化過程造成的成本價格比普通水泥低30％。從另一方面來看，如果這種材料僅作為預制水泥，它的應用又受到很大的局限。為了解決拓寬它的使用范圍，研究人員又對制造工藝進行了改進：在粉煤灰中加入極少量的堿性溶液。如今這種革命性水泥，將成為環保型的新一代替代材料。

抗壓能力驚人

在粉煤灰中加入極少量的堿性溶液，粉煤灰的微粒并不會完全分散。這種技術在生產過程中優先使用非強腐蝕性的堿性溶液，干燥工序對周圍溫度的要求也有所降低，因而更適合在建筑工地上使用。為了探索這條道路，西班牙、比利時、荷蘭高校中粉煤灰應用方面的專家聯合起來，于2004年測試了取自歐洲15個不同國家不同來源的粉煤灰樣品，結果很令人驚訝，制得的水泥在周圍溫度條件下凝固后，它們可以抵抗100MPa(兆帕斯卡)的壓力，而傳統水泥只能抵抗40MPa的壓力。該抗壓強度相當于每平方厘米的面積上足可以承載10 000牛以上的重力。另外，隨著熱電站的現代化，它提供的粉煤灰微粒越來越細膩，而且也更均勻，完全符合地質聚合物水泥的生產要求!

換句話說，粉煤灰不再是一種廢料，而是從發電過程中得到的一種原材料。研究人員還同樣以煤礦中的矸石(夾雜在煤里的石塊，含碳量很少，不易燃燒，含有黏土成分)為原料成功完成了另一種地質聚合物水泥的合成試驗。在未來的5~10年中，人們將會看到數百萬噸級的地質聚合物水泥投入使用，而且地質聚合物水泥工業將隨之全速發展。

但是地質聚合物水泥的生產過程所需的堿性溶液遠遠供不應求，化學工業每年僅生產20萬噸用于洗滌劑和膠水生產的堿性溶液，而地質聚合物水泥卻需要數千萬噸。所以，地質聚合物水泥產業的發展還需要科學家發明從富含鈉和鉀的巖石中提取堿性硅酸鹽的新方法。

中國是一個傳統水泥消費大國，目前每年消費的水泥達到世界總生產量的一半以上，預計至2020年需求量還要翻一番。可喜的是，中國已經于2006年2月開始了自己的地質聚合物水泥事業。在溫室氣體排放問題上的優勢，無疑將得到國際社會的普遍支持，也將會是地質聚合物水泥業蓬勃發展的最佳保障。