全球每年消耗140億噸混凝土，生產這些“建筑骨骼”需42億噸水泥，而水泥燒制過程貢獻了全球約8%的碳排放。在“雙碳”目標下，建筑行業如何擺脫對傳統水泥的依賴？近日發表于《Engineering》的研究指出，堿激發材料（一種利用工業廢料制備的新型膠凝材料）或成為重要解決方案，但標準化、成本控制仍是待解難題。

水泥：建筑脫碳的“老大難”

混凝土是人類使用量僅次于水的物質，而水泥作為其核心成分，生產過程堪稱“碳排放大戶”——每燒制1噸水泥，約釋放0.8噸二氧化碳。盡管單噸混凝土的碳排放低于鋼鐵、塑料等材料，但140億噸的年產量使其成為全球減排的“硬骨頭”。

“哪怕單噸水泥碳排放降低10%，全球年減排量就相當于數千萬輛汽車的尾氣。”研究指出，建筑脫碳需“工具箱式”方案，包括水泥工藝改良、混凝土配方優化、結構設計創新等。而堿激發材料作為其中的重要選項，正從實驗室走向工業化應用。

堿激發材料：工業廢料如何“變身”建筑膠？

堿激發材料的原理并不復雜：將礦渣、粉煤灰等工業廢料（主要成分為鋁硅酸鹽）與堿溶液混合，通過“溶解-重組-沉淀”反應，形成能黏結砂石的膠凝材料，全程無需高溫燒制。形象地說，這相當于用“化學膠水”將廢料粉末粘合成堅固的“人造石頭”，碳排放量可比傳統水泥降低30%-70%。

與傳統水泥相比，它更像“靈活的配方師”：可根據廢料種類調整堿溶液比例，甚至摻入少量水泥形成“混合膠凝材料”，解決早期強度不足問題。目前，這類材料已在多國實現規模化應用：英國發布全球首個堿激發混凝土性能標準（BSI PAS 8820），澳大利亞維多利亞州將其用于公路鋪路，我國同濟大學團隊也在探索利用本地工業廢料制備高性能配方。

從實驗室到工地：三大挑戰待突破

盡管前景廣闊，堿激發材料仍需跨越“商業化鴻溝”。首先是性能驗證難題：傳統水泥的耐久性測試（如碳化、抗氯離子滲透）對堿激發材料并不適用。例如，自然環境下其碳化 resistance 與傳統混合水泥相當，但加速測試結果卻顯示“脆弱”，這讓工程師難以評估其長期性能。

其次是成本與供應鏈問題。當礦渣、粉煤灰從“工業廢料”變成“搶手原料”，價格可能上漲，甚至需分攤原生產過程的碳排放。例如，高爐礦渣在部分地區已從免費廢料變為每噸售價超百元的商品，削弱了成本優勢。

最后是標準化滯后。不同廢料成分差異大，堿激發材料需“一料一配方”，難以像傳統水泥那樣制定統一生產標準。研究建議采用“性能導向”規范，即只規定材料需達到的強度、耐久性等指標，而非具體成分，這一思路已在英國標準中實踐。

未來：不是“替代”而是“多元共治”

研究強調，堿激發材料并非水泥的“完美替代者”，而是脫碳工具箱中的重要一員。未來建筑材料體系需“多元共治”：結合低碳水泥、再生骨料、3D打印等技術，針對不同場景選擇最優方案。例如，低風險的人行道地磚可優先使用堿激發材料，而高層建筑承重結構仍需依賴成熟的高性能混凝土。

“真正的挑戰在于建立從實驗室到工地的信任鏈。”研究指出，需通過長期工程驗證積累數據，同時完善碳排放核算機制，讓“綠色材料”在成本競爭中獲得公平地位。隨著全球首條萬噸級堿激發材料生產線在歐洲投產，這場“建筑材料的低碳革命”已悄然啟動。

來源: Engineering