地聚物是含硅铝质的先驱物经碱激发而形成的以硅氧四面体和铝氧四面体以顶角相连而成的具有非晶态和半晶态特征的三维网状结构的材料。近年来，随着碱激发固废基材料的发展，除硅铝质固废外，含钙固废也被用作地聚物原料。
那么，哪些固废适合用作地聚物的原料？为了确保地聚物性能稳定，在固废利用方面需要注意什么？本报记者近日采访了同济大学材料科学与工程学院教授郭晓潞。
郭晓潞指出，“双碳”战略为地聚物发展带来了新机遇，开辟了减碳排放新途径。地聚物具有“两不两低”的生态环保效益：生产不使用石灰石原料，无碳酸盐分解，不直接排放CO₂，且固废利用率高；不需要像硅酸盐水泥那样高温煅烧，可以直接利用原料或经低温预处理（350~750℃）使用；生成能耗低，为陶瓷的1/20，钢的1/70，塑料的1/150；需要的燃料少，排放的NOx，SOx非常低，仅占硅酸盐水泥的1/10~1/5，基本无毒性气体产生。因此，在“双碳”背景下，应用前景广阔。
地聚物从原料类型划分，出现比较多的是偏高岭土基地聚物和粉煤灰基地聚物。偏高岭土基地聚物原料需煅烧黏土等自然资源。相比之下，大量工业、矿业固废中硅铝质为主体的原料比较适合应用到地聚物中，且来源广泛。比如，粉煤灰基地聚物，是以粉煤灰为主体，同时可以用粉煤灰基地聚物协同处置水厂污泥、脱硫石膏、冶金污泥、垃圾焚烧飞灰、钢渣粉、赤泥、煤矸石、建筑垃圾粉等。
地聚物本身是个三维网状的无机聚合物结构体系，具有耐高温、阻燃、耐侵蚀等优良的性能，目前无论从不同固废原料，到适宜配比，到反应过程、各组分作用，再到性能控制，可以说研究比较系统化，也形成了大量理论研究成果。但是，如何将这些研究成果转化为产品，应用于实际工程，满足不同工况下的应用性能需求，仍然有很多需要关注和解决的问题。
“当前，如何确保地聚物性能的稳定是难点也是关键。”郭晓潞指出，原料广泛性与波动性引起了性能的不稳定性。首先原料性能的稳定需要有所保障，但由于固废资源化利用的“原料”其自身是固废甚至是危废，其性质很难保证。采用工、矿业固废来做地聚物，建议从源头上对固废或危废进行细分并控制品质，使其成为供货意义上的商品，当然这需要多行业协作甚至社会全链条上的努力。
在固废基地聚物的原料组成及配比控制方面，郭晓潞认为，固废、危废具有很强的本征特性，每种废弃物的处置利用都有各自的特点和难点。针对某种固废或处置某种危废，要根据其来源、物理、化学性能等进行相应调整和适配，甚至需要对其进行预处理，才能更好地加以利用。固废基地聚物推广应用的技术难点也体现在这里，原料波动大，变化大，性能控制难。
与地聚物体系相匹配的外加剂的研发亦至关重要，外加剂的兼容性和适配性是固废基地聚物应用推广和性能保障的重要方面。以应用性能需求为导向，碱激发剂、减水剂、调凝剂等不同外加剂在地聚物体系中的作用机理和协同效应，地聚物与外加剂及不同外加剂间的兼容性和适配性均值得研究，以满足不同工况下对地聚物性能的不同需求，确保其应用性能和服役性能。
另外，要加快地聚物相关标准的建设。目前，能检索到的标准基本是企业标准或地方标准，如2007年上海市市政管理工程局专业标准《公路路基及基层地聚合物注浆加固技术规程》、2016年河南省地方标准《道路非开挖式地聚合物注浆加固处置技术规范》和2018年江苏省工程建设标准《城镇道路改性地聚合物注浆加固技术规程》。地聚物相关行业标准和国家标准需要大家共同推动。
本文原载于《中国建材报》6月20日9版
中国建材报记者：吴跃
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