地聚物是含硅鋁質的先驅物經鹼激發而形成的以硅氧四面體和鋁氧四面體以頂角相連而成的具有非晶態和半晶態特徵的三維網狀結構的材料。近年來，隨着鹼激發固廢基材料的發展，除硅鋁質固廢外，含鈣固廢也被用作地聚物原料。
那麼，哪些固廢適合用作地聚物的原料？為了確保地聚物性能穩定，在固廢利用方面需要注意什麼？本報記者近日採訪了同濟大學材料科學與工程學院教授郭曉潞。
郭曉潞指出，“雙碳”戰略為地聚物發展帶來了新機遇，開闢了減碳排放新途徑。地聚物具有“兩不兩低”的生態環保效益：生產不使用石灰石原料，無碳酸鹽分解，不直接排放CO₂，且固廢利用率高；不需要像硅酸鹽水泥那樣高溫煅燒，可以直接利用原料或經低溫預處理（350~750℃）使用；生成能耗低，為陶瓷的1/20，鋼的1/70，塑料的1/150；需要的燃料少，排放的NOx，SOx非常低，僅占硅酸鹽水泥的1/10~1/5，基本無毒性氣體產生。因此，在“雙碳”背景下，應用前景廣闊。
地聚物從原料類型劃分，出現比較多的是偏高嶺土基地聚物和粉煤灰基地聚物。偏高嶺土基地聚物原料需煅燒黏土等自然資源。相比之下，大量工業、礦業固廢中硅鋁質為主體的原料比較適合應用到地聚物中，且來源廣泛。比如，粉煤灰基地聚物，是以粉煤灰為主體，同時可以用粉煤灰基地聚物協同處置水廠污泥、脫硫石膏、冶金污泥、垃圾焚燒飛灰、鋼渣粉、赤泥、煤矸石、建築垃圾粉等。
地聚物本身是個三維網狀的無機聚合物結構體系，具有耐高溫、阻燃、耐侵蝕等優良的性能，目前無論從不同固廢原料，到適宜配比，到反應過程、各組分作用，再到性能控制，可以說研究比較系統化，也形成了大量理論研究成果。但是，如何將這些研究成果轉化為產品，應用於實際工程，滿足不同工況下的應用性能需求，仍然有很多需要關注和解決的問題。
“當前，如何確保地聚物性能的穩定是難點也是關鍵。”郭曉潞指出，原料廣泛性與波動性引起了性能的不穩定性。首先原料性能的穩定需要有所保障，但由於固廢資源化利用的“原料”其自身是固廢甚至是危廢，其性質很難保證。採用工、礦業固廢來做地聚物，建議從源頭上對固廢或危廢進行細分並控制品質，使其成為供貨意義上的商品，當然這需要多行業協作甚至社會全鏈條上的努力。
在固廢基地聚物的原料組成及配比控制方面，郭曉潞認為，固廢、危廢具有很強的本徵特性，每種廢棄物的處置利用都有各自的特點和難點。針對某種固廢或處置某種危廢，要根據其來源、物理、化學性能等進行相應調整和適配，甚至需要對其進行預處理，才能更好地加以利用。固廢基地聚物推廣應用的技術難點也體現在這裡，原料波動大，變化大，性能控制難。
與地聚物體系相匹配的外加劑的研發亦至關重要，外加劑的兼容性和適配性是固廢基地聚物應用推廣和性能保障的重要方面。以應用性能需求為導向，鹼激發劑、減水劑、調凝劑等不同外加劑在地聚物體系中的作用機理和協同效應，地聚物與外加劑及不同外加劑間的兼容性和適配性均值得研究，以滿足不同工況下對地聚物性能的不同需求，確保其應用性能和服役性能。
另外，要加快地聚物相關標準的建設。目前，能檢索到的標準基本是企業標準或地方標準，如2007年上海市市政管理工程局專業標準《公路路基及基層地聚合物注漿加固技術規程》、2016年河南省地方標準《道路非開挖式地聚合物注漿加固處置技術規範》和2018年江蘇省工程建設標準《城鎮道路改性地聚合物注漿加固技術規程》。地聚物相關行業標準和國家標準需要大家共同推動。
本文原載於《中國建材報》6月20日9版
中國建材報記者：吳躍
責編：丁濤
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監審：韓鳳鳳
