凝石，就地取材變廢為寶的技術

　　黃河泥沙有望“凝結為石”

　　山東省聊城市副市長劉玉蘭介紹，聊城境內每年向白洋淀和天津送黃河水12億立方米，送水以前必須將沙子沉淀，每天因此留下的沙子一米寬、三米高、10公里長。沙子是聊城一大頭疼問題。黃河泥沙非常細，做磚很不經(jīng)濟，不做成其他東西是危害，沙子揚起來，用老百姓的話說，揭不開鍋，睜不開眼，推不開門。

　　令劉玉蘭等欣慰的是，困擾我國上千年之久的黃河沙患問題有望得到變廢為寶式的徹底解決。6月16日，清華大學國土資源研究中心在京宣布：凝石原料采集技術研發(fā)取得了突破性進展：地球上最豐富的硅鋁質物料，包括固體廢棄物、隨處可見的泥沙均可成為凝石的原材料，并使它們像巖石一樣堅硬，可取代混凝土。而傳統(tǒng)的水泥主要原料是石灰石，不是處處都能取得，還需高溫鍛燒。這意味著：黃河河床上淤積的泥沙經(jīng)過適當?shù)奶幚砑纯缮a(chǎn)出優(yōu)質的凝石產(chǎn)品。這項突破在中國膠凝材料發(fā)展史上具有劃時代的意義。目前，該項技術解決了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)運作的關鍵核心難題，由該中心主導的企業(yè)在山東和河南設立了分公司，立志于把黃河淤泥變廢為寶。

　　據(jù)了解，凝石研究先后獲得了國家863計劃、教育部973預研項目、國家自然基金、發(fā)改委中小企業(yè)基金的有力支持。清華大學與藍資集團強強聯(lián)合，建立了清華——藍資凝石聯(lián)合實驗室，大大促進了凝石技術研發(fā)。2005年8月12日，在教育部組成的國家863計劃項目成果鑒定會上，全體專家一致認為：該項目創(chuàng)建了具有自主知識產(chǎn)權的微晶二元膠凝材料（凝石）清潔生產(chǎn)技術體系，開辟了仿地成巖制備膠凝材料的國際前沿性科學研究新領域，整體上達到國際領先水平。

　　隨著凝石技術研究水平的提升，其原料實現(xiàn)了從礦石殘渣到沙土的拓展。如今，粉煤灰、煤矸石、尾礦、赤泥、鋼渣、高爐渣、黃河泥沙、建筑垃圾、城市生活垃圾焚燒后的爐渣與飛灰、城市水體清淤污泥、廢陶瓷、廢玻璃以及一切以煤或油葉巖為燃料的爐渣等都可以作為凝石生產(chǎn)的原材料。這不僅降低了整體的生產(chǎn)成本，對從根本上解決困繞著一些的地方的沙患問題同樣有著極大的社會意義。

　　黃河是中國沙患問題最突出的問題。其每年向中下游排沙達16億噸，相當于堆成1米見方的土堤繞地球27圈。每年淤積在下游河床中的泥沙有4億噸，使黃河成為高出地面十余米的懸河。泥沙和暴雨洪水造成黃河下游河床善淤、善決、善徙，然而隨著凝石原料采集技術的突破，黃河河床上淤積的泥沙經(jīng)過適當?shù)奶幚砑纯缮a(chǎn)出優(yōu)質的凝石產(chǎn)品,可發(fā)揮出這一新技術在解決黃河沙患問題中的積極作用。

　　凝石技術基本原理——仿地成巖

　　凝石作為新興技術，又曾因某些媒體的不當宣傳，一度受到質疑。

　　其實，凝石從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化應用前要經(jīng)過七大關口：基礎研究——配比分析——樣品性能研究——小試生產(chǎn)研究——凝石混凝土性能研究——中試生產(chǎn)研究——凝石產(chǎn)品中試應用研究。最后，凝石技術才被允許大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。這是一個完善的從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化推廣的閉路循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展體系，確保了整個產(chǎn)業(yè)化應用過程的嚴謹性和可靠性。

　　清華大學國土資源研究中心孫恒虎教授解釋，凝石技術的基本原理就是仿地成巖。大自然具有“完美性、規(guī)律性和簡單性”。自然界的奧秘一直是人類探索各種科學技術原理及取得各項重大發(fā)明的本源。對大地成巖的模擬即稱為“仿地”。仿地成巖的凝石技術主要體現(xiàn)在下列四個方面：

　　一是組成仿地。地殼本身就是由以鋁硅酸鹽體系為主的礦物構成的巖石體系，而來自工業(yè)生產(chǎn)排放的固體廢棄物大多屬于硅鋁質物料。凝石技術的組成仿地正是選擇了在地殼中廣泛分布的鋁硅酸鹽礦物作為膠凝材料設計目標，從而實現(xiàn)對大宗固體廢棄物的全面利用。

　　二是過程仿地。火山灰形成巖石的過程可分為“火山灰化”和“巖石化”兩個過程。相比之下，來自工業(yè)生產(chǎn)的大量熔渣就如同高溫巖漿。也就是說人類在不自覺地進行著大自然成巖的“火山灰化過程”模擬活動，制造了各種冠以“廢棄物”為名的人造“火山灰”！這些已儲存了大量潛能的人造“火山灰”正是凝石生產(chǎn)的廉價原料。

　　地質巖相與成巖條件關系告訴我們，在常溫常壓的條件下，地質作用能夠形成巖石。大自然火山灰沉積巖和天然礫巖成巖的事實說明自然界在常溫常壓下可以形成巖石，其成巖過程既可在數(shù)年以上，也可短短數(shù)年以內完成。

　　2006年3月，孫教授帶隊對印尼七大火山進行了系統(tǒng)考察。阿貢火山于1963年噴發(fā)，火山灰在海水和雨水常常浸泡的地方已經(jīng)變成堅硬的石頭，在不能經(jīng)常浸泡的地方仍然保持松散?？梢?，在常溫、常壓條件下火山灰成巖的客觀事實毋庸置疑。

　　三是結構仿地。結構仿地包括微觀結構仿地和宏觀結構仿地。從膠凝材料與石子的界面結合上看，凝石混凝土界面結合緊密，具有與礫巖相似的微觀結構。從形貌上看，天然礫巖就是自然界中存在的“天然混凝土”，它與現(xiàn)代建筑中所用水泥混凝土具有非常相似的宏觀結構。

　　四是性能仿地。以火山灰為主要膠凝原料的古羅馬建筑物歷經(jīng)了2000多年的風吹日曬依然保持完好，其耐久性令人震驚！研究證實，古羅馬建筑物的膠凝材料中出現(xiàn)了大量沸石相。古代混凝土的巖石化賦予古建筑物的千年耐久性。這一事實為我們能夠成功地進行大地成巖的仿真提供了佐證。

　　凝石技術的核心是成巖劑。成巖劑是怎樣把礦渣、泥沙等膠凝在一起的呢？在自然界，土壤、沙石一般需要幾十年甚至幾百年才能形成巖石，加上成巖劑，為何在短短的幾天內就能形成混凝土，達到人們所需要的強度呢？孫教授舉了一個例子，單純的硝酸或濃硫酸都不能腐蝕金，但以一比三的比例制成“王水”，就能將金溶解。這就是一種協(xié)同效應。成巖劑就是將多組分的鹽按一定比例配好，發(fā)揮其復合協(xié)同效應，大大縮短膠凝時間。

　　孫恒虎教授將凝石技術的特點歸納為：“一個中心、兩個效應”：即硅中心穩(wěn)定規(guī)律，包括硅的四配位同構效應和成巖流體復合協(xié)同效應；創(chuàng)建了具有自主知識產(chǎn)權的凝石二元化技術體系、產(chǎn)業(yè)化體系和標準體系。

　　為循環(huán)經(jīng)濟助力

　　科技部火炬辦原主任王瑞明說，我們國家每年消耗的水泥大約是10億噸，這10億噸消耗了大量的能源，污染了我們的環(huán)境，如果用凝石的話，能源消耗就要降低30%~40%，相當?shù)目捎^呀，還能夠凈化環(huán)境，因為凝石技術本身吃廢棄物，我們國家每年的固體廢棄物大約接近11億噸，如果凝石技術把11億噸廢棄物消滅掉的話，為我們國家凈化環(huán)境提供了很好的條件。所以凝石應該是一個既節(jié)能又環(huán)保的項目。同時，有利于建立循環(huán)經(jīng)濟，這個企業(yè)的產(chǎn)品、廢棄的東西，下個企業(yè)能夠繼續(xù)用起來，進行產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)集聚，這是符合“十一五”發(fā)展整體規(guī)劃的。

　　同時，凝石又是我國具有自主知識產(chǎn)權的技術，對于解決當前的能源危機，促進社會與自然的和諧發(fā)展將發(fā)揮著巨大的作用。王瑞明說，如果不發(fā)展自主創(chuàng)新，我們就沒法發(fā)展了，我們發(fā)展前進的步伐就會受到制約。這么好的項目我們?yōu)槭裁床蝗ゴ罅χС帜?？我也聽到一些說法，說水泥用了200多年，這個產(chǎn)業(yè)給多少多少人提供了就業(yè)機會。凝石技術會不會對水泥行業(yè)產(chǎn)生沖擊呢？我認為這與凝石技術的發(fā)展并不矛盾，凝石技術可以對傳統(tǒng)的水泥行業(yè)進行技術改造創(chuàng)新，并不牽扯到失業(yè)或者把這個產(chǎn)業(yè)沖掉的問題。