当你走过城市的高楼大厦、桥梁隧道，脚下每平方米混凝土都隐藏着“碳足迹”——全球每年140亿吨混凝土消耗量，背后是42亿吨水泥的生产，贡献了全球约8%的二氧化碳排放。在“双碳”目标下，建筑行业如何摆脱对传统水泥的依赖？近日发表于《Engineering》的研究指出，碱激发材料（一种以工业废料为原料的新型胶凝材料）或成为重要突破口，但标准化、成本控制仍是现实挑战。

水泥：建筑脱碳的“绊脚石”

混凝土被称为“人类文明的基石”，但它的“诞生”过程却充满环境代价。传统水泥生产需将石灰石在1450℃高温下煅烧，不仅消耗大量能源，还会释放出与原料相关的“过程碳”。尽管单吨混凝土的碳排放低于钢铁、塑料等材料，但140亿吨的年产量使其成为全球减排的“硬骨头”。

研究指出，建筑材料脱碳需“工具箱式”方案，包括水泥工艺改良、混凝土配方优化、结构设计创新等。而碱激发材料作为其中的重要选项，正从实验室走向工业化应用。这种技术无需高温烧制，通过化学激发工业废料中的潜在活性，将其转化为高性能建筑胶凝材料，碳排放量可比传统水泥降低30%-70%。

工业废料的“华丽转身”：碱激发技术原理

碱激发材料的工作原理如同“化学魔术”：将冶金矿渣、燃煤粉煤灰等富含铝硅酸盐的工业废料磨成粉末，与氢氧化钠或碳酸钠等碱溶液混合。高pH值环境会“激活”粉末中的化学活性，通过“溶解-重组-沉淀”反应，形成类似水泥水化产物的胶凝结构，从而黏结砂石骨料形成混凝土。

这种技术最大的优势在于“变废为宝”。以我国为例，每年产生数亿吨工业矿渣，过去多以填埋处理，如今可通过碱激发技术转化为高附加值建材。更灵活的是，它能根据废料种类调整配方，甚至掺入少量水泥形成“混合胶凝材料”，解决早期强度不足问题。目前，英国已发布全球首个碱激发混凝土性能标准（BSI PAS 8820），澳大利亚维多利亚州将其用于公路铺路工程，我国同济大学团队也在探索利用本地工业废料制备高性能配方。

从实验室到工地：三道“关卡”待突破

尽管前景诱人，碱激发材料仍需跨越“商业化鸿沟”。首先是性能验证难题：传统水泥的耐久性测试方法（如碳化、抗氯离子渗透）对碱激发材料并不适用。例如，自然环境下其碳化 resistance 与传统混合水泥相当，但加速测试结果却显示“脆弱”，这让工程师难以评估其长期性能。

其次是成本与供应链问题。当矿渣、粉煤灰从“工业废料”变成“抢手原料”，价格可能上涨，甚至需分摊原生产过程的碳排放。例如，高炉矿渣在部分地区已从免费废料变为每吨售价超百元的商品，削弱了成本优势。

最后是标准化滞后。不同废料成分差异大，碱激发材料需“一料一配方”，难以像传统水泥那样制定统一生产标准。研究建议采用“性能导向”规范，即只规定材料需达到的强度、耐久性等指标，而非具体成分，这一思路已在英国标准中实践。

未来：不是“替代”而是“多元共治”

研究强调，碱激发材料并非水泥的“完美替代者”，而是脱碳工具箱中的重要一员。未来建筑材料体系需“多元共治”：结合低碳水泥、再生骨料、3D打印等技术，针对不同场景选择最优方案。例如，低风险的人行道地砖可优先使用碱激发材料，而高层建筑承重结构仍需依赖成熟的高性能混凝土。

“真正的挑战在于建立从实验室到工地的信任链。”研究指出，需通过长期工程验证积累数据，同时完善碳排放核算机制，让“绿色材料”在成本竞争中获得公平地位。随着全球首条万吨级碱激发材料生产线在欧洲投产，这场“建筑材料的低碳革命”已悄然启动。

来源: Engineering