发展地聚物水泥是形成水泥产业新质生产力的必由之路
习近平总书记2023年9月在黑龙江考察时提出“整合科技创新资源，引领发展战略性新产业和未来产业，加快形成新质生产力”。新质生产力的提出，准确把握了新时代生产力发展的本质特征，指明了现今生产力的演进方向。新质生产力的载体是现代化产业，新兴产业，未来产业成为新质生产力成长的主阵地。新质生产力形成的过程，也是主导产业、支柱产业升级的过程。推动传统产业转型升级，加快绿色低碳技术重大突破，实现传统产业更新换代，是传统产业新质生产力形成的关键。新质生产力的核心支撑是生态，新质生产力就是要从根本上转变传统生产力依赖高耗能、高污染的发展模式，所以绿色生产力是新质生产力的关键。面对碳达峰碳中和目标，我国水泥产业绿色化改造，寻求水泥产业绿色化、低碳化、生态化发展模式，是一个必须要解的重大课题。
一、加快形成新质生产力意味着要加快生产力的绿色转型
加快形成新质生产力，事关中国式现代化全局，新质生产力是中国特色社会主义进入新时代的显著标志，是经济高质量发展的基本动力，是稳固新发展格局的根本保障，是马克思主义中国化时代化理论新飞跃的实践硕果，彰显了中国特色社会主义的制度优势。根据新质生产力的基本内涵，结合习近平总书记相关重要论述并联系我国水泥产业发展实际，水泥产业必须加快绿色生产力的形成与发展。“绿色生产力”是一种可同时提高生产力水平和环境，实现社会与经济全面发展，从而提高人类生活水平的能力。这是在新发展理念指导下，将发展生产力和绿色生态环境有机结合，促进产业经济绿色转型，促使人与自然和谐共生中产生的。它要求综合应用适当的生产力和环境管理工具，技术和科技，既可减小组织活动、产品和服务对环境的影响，又可提升收益率和竞争优势，实现社会与经济全面发展和人类经济水平持续提高。习近平总书记指出“绿水青山就是金山银山”，“保护生态环境就是保护生产力，改善生态环境就是发展生产力”，强调“良好生态本身蕴含着无穷的经济价值，能够源源不断创造综合效益，实现经济社会可持续发展”。这些论述，就体现了“绿色生产力”的科学内涵。
绿色发展是生态文明建设的必然要求，代表了当今科技和产业变革方向，是最优前景的发展领域。人类生产生活必须尊重自然，顺应自然，保护自然，否则就会受到大自然的报复。恩格斯在批判生产的资本逻辑时曾告诫：“我们不要过分陶醉于我们人类对自然界是胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。”新质生产力是绿色的生产力，意味着我们对生产力的理解要从“人类改造自然的能力”上升为“人与自然和谐共生的能力”，跳出主体客体二分法的对立思维框架，进入天人合一的和谐理念境界。绿色的新质生产力，意味着我们对自然规律认识更加深入，从而能更自觉地以规律指导行动，使人类能在工业文明的基础上迈向发达的生态文明。
我们坚持绿色发展，就是要摒弃损害甚至破坏生态环境的发展模式，摒弃以牺牲环境换取一时经济增长的短视做法。我们要顺应当代科技革命和产业变革大方向，抓住绿色转型带来的巨大发展机遇，依靠科技创新破解绿色发展难题，自觉地推动绿色发展、循环发展、低碳发展。在处理发展和减排的关系时，确保产业链供应安全。加快形成新质生产力也就意味着要加快生产力的绿色转型，我们应发挥绿色金融的牵引作用，支持水泥产业绿色改造，引导水泥经济向更加绿色清洁的方向发展，让良好生态环境成为经济社会可持续发展的支撑。
新制造不是普通的科技进步，不是边际上的改进，而是要有颠覆性的科技创新。所谓颠覆性的科技创新，有五个新的内容，一是新的科学发现，从无到有，对我们这个世界有新理解的重大发现。二是新的制造技术，也就是在原理、路径等方面完全不同于现有的技术路线，却能够对原有的工艺、技术方案进行替代的制造技术。三是新的生产工具，工具变革在人类发展史上始终处于重要地位，因为工具的革新带来了效率的提升和成本下降。四是新的生产要素，过去的制造靠劳动力、资本、能源等要素，未来的制造中除了这些传统要素外，还会有数据这一新要素。五是新的产品和用途。
二、传统波特兰（硅酸盐）水泥与当今社会经济发展的矛盾
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新石器时代，人们的居住开始有了定居点，建造固定住所并通过防御结构保护自己免受侵害。在新石器时代早期，第一个已知的固定居住点建于公元前10000年左右。在原始农业开始的时候，人们用黏土烧制了陶器，开始加工使用熟石灰。人们利用石灰石，在露天坑中以木材为燃料烧制而成。
中国建筑材料的起源，早在公元前5000年-公元前3000年的新石器时代的仰韶文化时期，人们用天然姜石磨细制成“白灰面”涂抹山洞、地穴的地面和四壁。在公元前16世纪的商代开始采用黄泥浆砌筑土坯墙。在公元前403年-公元前221年的战国时代，出现用草拌黄泥浆筑墙，还用它在土墙上衬砌墙面砖。公元前7世纪的周期出现了石灰，使用大蛤的外壳烧制而成。到秦汉时代，砖石结构建筑占重要地位。石灰制造业迅速发展，采用石灰石烧制石灰。中国的万里长城，许多地段用石灰砌筑而成，石灰胶凝材料已发展到较高水平。在公元前5世纪的南北朝时代，出现一种名叫“三合土”的建筑材料，它由石灰、黏土和细砂所组成，一般用作地面、屋面、房基和地面垫层。“三合土”经夯实后不仅具有较高的强度，还有较好的防水性能。
在中国古代建筑胶凝材料发展中还有石灰掺有机物的胶凝材料，如“石灰-糯米”“石灰-桐油”“石灰-血料”“石灰-白芨”“石灰-明矾”等。
所以，中国古代建筑胶凝材料料发展的进程，从“白灰面”和“黄泥浆” 起步，发展到石灰和“三合土”，进而发展到石灰掺有机物的胶凝材料。
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水泥的发明，是一个渐进的过程。18世纪中，“英土木之父”史密顿发明了用黏土、石灰石制成的水硬性石灰，它在海水中的强度较“罗马砂浆”高得多，能耐海水的冲刷，这一发现对“波特兰水泥”的发明起到了重要作用。1796年，英国人派克，发明了罗马水泥，用黏土质石灰岩，磨细后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后进行磨细制成水泥。英国人福斯特发明了将两份重量白垩和一分重量的黏土混合后加水湿磨成泥浆，送入料槽沉淀，置沉淀物于大气中干燥，然后放入石灰窑中煅烧，温度以料子中碳气完全挥发为准，烧成产品呈黄色，冷却后细磨成水泥。这种水泥俗称之为“英国水泥”，于1822年10月22日获得英国第4679号专利。这种水泥的制造方法已是近代水泥制造的雏形，是水泥技术的又一次重大飞跃。
1824年10月21日，英国利兹城的泥水匠阿斯谱丁获得英国第5022号的“波特兰水泥”的专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。其制造方法是：把石灰石捣成细粉，配合一定量黏土，掺水后以人工或机械搅后均匀成泥浆，将泥浆于盘上，加热干燥，将干料打击成块，然后装入石灰窑煅烧，烧至石灰石内碳酸气全部逸出，煅烧成的烧块再将其冷却和打碎磨细，制成水泥。使用水泥时加入少量水分，搅拌成适当稠度的砂浆，可应用于不同的工作场合。该水泥水化硬化后的颜色类似于英国波特兰地区建筑用石料的颜色，所以被称为“波特兰水泥”。
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传统胶凝材料的波特兰(硅酸盐)水泥，自从19世纪问世以来，到今年已200周年，在这期间，它为社会建筑发挥了巨大的作用，世界因水泥变得多姿多彩，坚固而美丽。但是，波特兰(硅酸盐)水泥在生产过程中，能耗高、碳排量大。要消耗大量的资源和能源，排放出很多污染环境的粉尘和废气。同时，在配制长寿命混凝土等方面也存在着一定的局限性。据研究，1kg 普通硅酸盐水泥生产过程中就会产生 0.66-0.82kgCO₂排放，而我国每年水泥工业的 CO₂排放量约占全国 CO₂排放总量的 10%以上。水泥生产又会消耗大量不可再生的石灰石和黏土资源，不利于长期发展。水泥工业的碳排放占全球总排放的 5%-7%;我们国家占到 12%-15%，由于传统水泥的生产要采用石灰石配料，而每吨石灰石要排放 440 公斤 CO₂，这种工艺排放特点，巨大的排放比重，面临严重的排放压力。石灰石主要成分是 CaCO₃, 石灰石配料在传统水泥生产中要高达 80%的比例。所以，没有办法清除工艺排放，无法实现碳中和。双碳目标(30 60)已经成为今后几十年中国乃至全球的必由之路。因此，传统波特兰(硅酸盐)水泥与节能环保就是一个无法解决的矛盾。所以，发展“绿色环保”水泥，是一个重大而具有深远意义的课题，地聚物水泥即将成为21世纪重要的生态建筑材料。
三、绿色环保型地聚物水泥，将成为水泥产业的新质生产力
地聚物水泥目前被认为最具前景的绿色新型材料，其原料来源广泛，以工业废弃物(矿渣、煤矸石、粉煤灰)或其它以硅、铝为主要元素的硅铝质材料为主，它既具有比传统水泥更优异的性能，又具有工艺简单，能耗少，环境污染小等优点，有利于建筑行业的可持续发展。可以说，地聚物水泥是一种“绿色环保”型水泥，是一类新型的高性能胶凝材料，将代替传统水泥及混凝土。
地聚物水泥价格低廉，又能大幅降低传统硅酸盐水泥带来的碳排放，1kg地聚物水泥制备过程中碳排放量为0.18kg，仅为普通硅酸盐水泥的24%，同时在生产过程中，能耗更低，同比只占普通硅酸盐水泥能耗的30%。若提高固体废物的活性，其能耗可以降低到普通硅酸盐水泥能耗的10%。所以，地聚物水泥的发明，又是一场颠覆性的水泥革命。
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地聚物的概念是在1978年法国科学家、化学家戴维·多威茨提出的，又俗称地质聚合物。它是一种由[A10₄]和[Sio₄]四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物。从无定型到半晶态的非金属材料。地聚物具备优异的力学性能，耐火性、耐高温、抗侵蚀性能及良好的抗渗性，被认为能够在某些领域替代水泥的胶凝材料。
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地聚物水泥的网状结构赋予其不同于硅酸盐水泥的特性，在工程应用中表现出优异的性能特点。①地聚物水泥的高温收缩率比波特兰水泥均较低，在硬化过程中收缩率只有普通水泥的1/5-1/8。②具有耐高温性能，隔热效果好。③具有高早期强度。④耐久性好，具有非常优异的耐火性能，其寿命有望达千年以上。⑤可自调温调湿，适宜制作储藏设施。⑥固定金属离子性能强。⑦水化和硬化速度快。⑧耐腐性好。⑨聚合度高，抗氧化能力强。⑩节能、低碳排放。⑪原材料来源广，价格低廉。
地聚物水泥的应用广泛。①基础设施及建筑上的广泛应用。②航空上的应用。③汽车上的应用。④非铁铸造冶金行业。⑤土木工程应用。⑥交通及抢修工程。⑦重金属及核废料处理。⑧艺术及装饰材料。⑨储藏设施。⑩地聚物水泥还具有良好的导电性和作为感知材料的潜力，可用在基础设施中的一些潜在威胁进行评估和监测。地聚物水泥粘结剂具有比普通混凝土更高的加筋率，为3D打印材料的应用开辟了道路。还可以被用于生产高抗弯强度的陶瓷。
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随着科技的不断进步和市场的需求不断增长，地聚物水泥的产业化进程也在不断加快，国内外在地聚物水泥研究和产业化方面取得了显著的成就，展现出一定的产业化趋势和发展态势。在国内方面，地聚物水泥的产业化进程呈现出良好趋势。首先，政府出台了相关政策支持地聚物水泥产业的发展，在政策引导下，地聚物水泥材料的相关企业获得了更多的支持和投资，进一步推动了产业化的进程。其次，国内地聚物水泥企业不断加大科技创新和研发投入，不断推出具有自主知识产权的高性地聚物水泥产品，提高了产品的竞争力和市场占有率。此外，地聚物水泥在建筑领域的应用也越来越广泛，市场需求不断增加，为地聚物水泥的产业化提供了坚实的市场基础。
在国外方面，地聚物水泥的产业化发展也呈现出快速发展的特点。首先，一些发达国家在地聚物水泥研究和产业化方面具有较为成熟的经验和技术，其在地聚物水泥的应用领域和合作模式方面进展迅速。为全球地聚物水泥产业的发展树立了榜样。国际市场对环境材料的需求不断增加，地聚物水泥因其环保、高性能等特点得到了更多国际市场的认可和青睐，进一步推动了其在国际市场上的产业化进程。一些国外地聚物水泥企业也在加大在国内市场的开拓力度，通过与国内企业合作，投资设厂等方式加速了地聚物水泥在国内的产业化进程。
综上所述，地聚物水泥的发明和应用，是一场颠覆性的水泥革命;是新时代的历史召唤;是实现碳达峰碳中和的有益选择;是低碳发展，绿色发展，循环发展的良好经济模式;是水泥产业形成新质生产力的必由之路。
作者：王根发
