济南大学一研究团队用科技改造水泥，降低能源消耗

水泥齐鲁晚报 2023-08-23

水泥是重要的建筑材料，随着人类生存空间的不断扩大，越来越多的基础设施建在海上、深入地下，传统水泥无法满足建设要求，需要研制新体系特种水泥，来解决普通水泥不能适应严酷环境和特殊工程的问题。济南大学程新教授团队长期从事先进建筑材料研究及应用工作，目前已经取得突破性成果，并在重要基础工程领域得到应用。

“针对用铁尾矿和赤泥这两种废弃物来制备高速公路路基材料。我们发明了一个非常好的固化剂，它可以把固废固结住，让固废跟胶凝材料发生反应，产生比较高的强度，代替石子。”济南大学山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室程新教授介绍说，每生产一吨固废基胶凝材料可有效降低二氧化碳排放量82.8%，降低能源消耗83.9%，以双向六车道高速公路计算，每公里可减少碳排放近900吨。

水泥是重要的建筑材料，应用于交通基础设施、房屋建筑工程等，水泥的性能对这些建筑物的使用寿命起着决定性作用。随着人类生存空间的不断扩大，越来越多的基础设施建在海上、深入地下，传统水泥无法满足建设要求，需要研制新体系特种水泥，来解决普通水泥不能适应严酷环境和特殊工程的问题。济南大学程新教授团队长期从事先进建筑材料研究及应用工作，目前已经取得突破性成果，并在重要基础工程领域得到应用。

在济南大学山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，程新教授展示了一种名为硫铝酸钡钙的水泥材料，这种水泥虽然颜色比普通水泥稍浅一些，但和普通水泥完全不同，最大的特点是和海水里边的氯离子不产生化学反应。

程新说，胶州湾大桥用的就是这种水泥。“胶州湾跨海大桥是一座40多公里的大桥，它的桥墩直接泡在海水里边。如果用普通的水泥，它是硅酸盐矿物，水化产物叫水化硅酸钙，会与海水里的氯离子和硫酸根离子反应，最终消耗掉，桥墩就会得到破坏，影响使用寿命，危及桥梁安全。我们研发的这种水泥是一种新的矿物，叫硫铝酸盐矿物，水化以后抗硫酸根离子，抗氯离子，它们之间不反应。”

包括教授、教师、研究生在内的上百人团队经过20多年的努力，上万次的反复实验，同时与企业密切配合，一个新的水泥体系才得以形成。“发明新的矿物体系，这是第一难；第二难在生产，一般来说，水泥的生产在回转窑，对于一个新的矿物体系，制备过程有很多困难，比如说，在窑里堵塞管道，从制备时就要解决它；从应用的角度，它有防腐抗渗的性能，在使用过程中，凝结时间很关键，太快了也不行，还没等做好桥构件，它就凝结了，那这也不行。”程新说。

团队首次合成了硫铝酸锶钙单晶，建立了硫铝酸钡（锶）钙矿物的组成、结构与性能的关系，制备了以硫铝酸钡（锶）钙为主导矿物的系列新体系特种水泥，并实现工业化生产。这种水泥具有快硬早强、防腐抗渗等优异性能，能源、资源消耗显著降低，耐久性有效提升。

高质量发展离不开资源的合理利用，固体废弃物侵占农田，污染环境。对我国大量的固体废弃物资源进行综合利用，既能够有效节约宝贵资源，又能够为我国实现可持续发展提供保障。随着科学技术的不断发展，各种废弃物被成功利用成为优质材料。近年来，程新团队聚焦固体废弃物资源化利用，在技术上进行创新，取得了很好的进展，获得了专利，正在进入产业化的阶段。

团队始终牢记国之大者，大力开展应用性研究及技术推广，积极服务国家创新驱动发展战略、黄河重大国家战略和绿色低碳高质量发展战略需求。近五年来，与中国建材集团、金隅集团、山东高速等行业领军企业围绕低碳先进材料开展协同创新，承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等30余项，建立人才培养基地35个，形成新技术、产品60余项，相关技术成果在国内外重大基础建设工程推广应用，创造经济效益数十亿元，为服务国家高质量发展战略和区域经济发展做出重大贡献。与济南市政府签订合同额2300万元“一事一议”顶尖人才团队项目，促进学科技术高质量服务地方经济。围绕“功能水泥基材料”持续专利导航，将13个专利打包作价2000万元成立科技型公司，在京沪高铁、济南黄河隧道、德国A4高速公路等重大基础设施中成功应用。

围绕行业发展重大难题，团队承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等255项，总经费超2亿元，获国家技术发明二等奖2项、中国建筑材料科学技术一等奖3项、省部级科技奖励10项。

长寿命、高性能、低碳，这是建筑材料的发展方向，“我和我的团队有责任、有使命继续深耕这个方向的研究，为国家的建设作出重要贡献。”程新说。