“凝石”能替代水泥吗？

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最近，国内一些重要媒体纷纷登载了一条轰动性新闻：我国成功研制出能够取代水泥的新型建筑材料――凝石。一“石”激起千层浪，本刊编辑部陆续接到国内外水泥企业及读者的来电来函，询问凝石的有关情况。为此，8月25日，在北京中国建材大厦，《中国水泥》杂志、《中国建材》杂志联合邀请了建筑、混凝土、水泥领域的10位专家召开座谈会，专家们对此事的“热炒”表示了高度关注，就“凝石”技术展开深入的探讨。《中国水泥》杂志社长庄春来、总编张建新，《中国建材》杂志社长秦春雨、副总编韩翠瀛出席了会议。现将座谈内容整理如下，以飨读者。
“凝石”是由清华大学孙恒虎教授等一批地矿专业科技人员提出来的，并组织“蓝资科技有限公司”以商业方式运作推动此事。2003年11月27日以叶大年院士为首的21位从事地矿和地球物理专业的院士在《中国科学院院士建议》（第14期总第108期）上向科技界推荐“凝石”。转而，“凝石”被媒体宣传为是“水泥工业带有革命性的新技术”，是“无须烧制的高品质水泥”，“水泥产业的战略转型应充分考虑凝石”，“凝石改变了（水泥工业的）一切”……。今年8月以来，我国一些重要媒体纷纷参与宣传，认为：“凝石”优于水泥，“凝石”应取代水泥……。“凝石”的商业运作声势越来越大。
由于媒体过度炒作，一时间“凝石”技术似乎可以在高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石、赤泥、废砖、废玻璃、尾矿等等废弃物中加一点孙教授新发明的“成岩剂”就可以 “点石成岩”，变成水泥，就可以广泛应用于各种建筑工程。同时，还把“凝石”与环保、节能、绿色、健康、循环经济等概念混淆在一起，认为只有发展“凝石”才符合科学的发展观……
焦点之一：“凝石技术”的核心是什么？是最新的发明创造吗？
廉慧珍（清华大学土木系教授）：
孙恒虎教授发明的“凝石”，其本质就是用以CaO、SO3、R2O为主要成分的激发剂来激发含硅铝的工业废料或天然岩石，这项研究国外、国内不少专家都曾经做过。前苏联研究开发碱激发矿渣做过许多工作，80年代初，南京化工学院史才军等也曾做过大量研究，研究内容包括多种激发剂或复合激发剂在不同掺量下的各种实验。
吴兆正（原中国建材集团总工程师 教授级高工）：
“凝石”是一种胶凝材料，但不是水泥，对于建筑材料行业的人来说，它不是新东西，绝对不是发明创造。要严格分清“胶凝材料”和“水泥”(尤其是硅酸盐类通用水泥)的区别，这是两个不可混淆的材料概念。胶凝材料应具有把松散的物料胶结在一起，并形成具有一定强度的能力。这类具有胶凝能力的物质少说也有上百种，有机的无机的都有，古代的糯米浆以及现今的石灰、沥青都是胶凝材料。
姚 燕（中国建筑材料科学研究院院长 教授 博士生导师）：
“凝石”应属于碱激发作用机理范畴，这类材料早在上世纪50年代苏联就进行过研究，由于在生产和施工中存在许多问题，并没有广泛应用。我国对碱激发利用工业废渣也有几十年的研究。由于是工业废渣，成分不固定，性能波动大，在应用不同工业废渣时，相应的激发剂也要进行改动。因此，在全国各地生产出性能统一的这种产品是比较困难的。
黄书谋（中国建筑材料工业协会科教委主任 教授）：
“成岩剂”是凝石的核心技术，“成岩剂”根据专利说明为SO3、CaO、R2O(Na2O、K2O)以上3种成分。按普通化学常识可判断为Na2SO4、CaSO4、Ca(OH)2，经化验完全证明成岩剂是以上3种化合物组成。这些成分是极为普通的碱激发剂，不能算是什么发明。包装成“成岩剂”就使得它变得神秘了。废渣成份大都为SiO2、Al2O3、CaO等，这类废渣自身没有或仅有很微弱的胶凝性，但其大都是经急冷形成玻璃体，本身具有热力学活性，因而可用机械、热力、化学方法激活使之具有胶凝性。通用的方法是碱性激发或硫酸盐激发（化学激发）。
上世纪五六十年代中国建筑材料科学研究院已进行系统研究，并研发出具有很高强度的材料。改革开放以来，南京

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激发或硫酸盐激发（化学激发）。
上世纪五六十年代中国建筑材料科学研究院已进行系统研究，并研发出具有很高强度的材料。改革开放以来，南京化工学院、武汉理工大学、重庆大学、华南理工大学、钢铁研究院等均进行过研究。去年在南京工业大学召开的“第一届化学激发胶凝材料研讨会”上有国内外近百位学者撰写论文36篇，有机理研究、性能研究、制备研究、评价研究、研究进展综述内容等，这些论文是近期研究成果，他们均毫无保留地将研究成果包括最秘密的都公开，他们当中没有一位专家学者宣称这种胶凝材料可以替代通用水泥。
隋同波（中国建筑材料科学研究院水泥研究所所长 教授）：
两年前就接触过孙恒虎教授和他的“凝石”，从我们拿到的样品分析来看，其产品不可能跳出“碱激发材料”的范围，对此我们已经有过结论。凝石不具有“创新性”，也不能算是发明。“微晶二元胶凝材料”不过是为这种产品起的新名字而已。我由于在联合国工发组织材料促进中心承担一些工作，最近一些国外的同行也来电询问，由于媒体的一些夸大其词的报道，在国际上造成了一些不良影响。
焦点之二：“凝石”能够取代水泥吗？
何星华（中国建筑科学研究院 顾问总工程师 教授级高工）：
刚听说“凝石”的时候，感觉很新鲜。经过了解，我觉得它不过也是一种胶凝材料，和无熟料水泥差不多。如果说要用“凝石”代替水泥，我认为在应用方面还有很多问题。建工系统在施工过程中使用水泥，不只看抗压强度，像疲劳强度、刚度模量、收缩徐变量、抗拉抗折强度、凝结时间、坍落度、耐久性、施工中的可控性等，都是施工部门必须了解的。现在应用的水泥混凝土的很多基本参数都是经过多年实践积累得出的科学数据。如果没有这些准确数据，设计人员无法取值、无法设计，施工人员无法实际操作。还有这种新产品添加了外加剂后有什么副作用？能否达到水泥的效果？这些我们都没有看到具体的数据。
廉慧珍：
任何材料都有它的适用范围，不是放到什么地方都能用，有优点就有缺点，如果说不出它的缺点，就说明你的研究不到位。
吴兆正：
“凝石”绝对不可能取代水泥。水泥尤其硅酸盐水泥是国际上公认的具有百年以上历史，性能最优良的水硬性胶凝材料。“凝石”有意把胶凝材料和水泥混为一谈，严重地误导了业外人士。“凝石”至今没有建材、建筑工程专家的技术鉴定，无材料性能和工程使用单位的权威认定。“凝石”目前实际上还是“三无产品”，一无产品标准，二无使用定位，三无生产质量控制措施。在这样的情况下，竟准备建厂大量生产并在结构工程中推广使用，其后果将是十分严重的。
谢 泽（中国建材工业协会科教委副主任 教授级高工）
“凝石”是一种胶凝材料，可用在一些特定的范围内，由于它性能上的局限性，使得它不可能广泛应用于建筑工程，所以不可能取代水泥。这类胶凝材料无论是历史上，还是现在都有很多人在研究，不能说是新发明。科学研究是一项严谨的艰苦的工作，来不得半点虚伪和夸大。
黄书谋：

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水泥是一种工程结构材料，已有180多年历史，形成了一套规模生产标准、应用标准规范。若要代替它必须满足两个大前提，一是应对各种条件下的使用性能进行长期稳定性试验，用数据证明其用途；二是废渣成分复杂，且不可控制，某一激发剂对某种废渣可能会产生强度并可应用，但并不等于其他废渣甚至同一废渣而成分不同的就都可以应用。由于施工条件很敏感、苛刻，故施工性能也阻碍这类胶凝材料的通用性。如果没有具有说服力的数据，要取代水泥尚为时过早。
焦点之三：“凝石”技术能大面积推广应用吗？
廉慧珍：
“凝石”产品的均质性如何，这是个大疑点。矿渣与粉煤灰随其成分的变化，性能差别很大，此类产品有其适合应用的范围和条件，并不能用于结构工程。任何一种胶凝材料都有其优势和弊端，我们使用不同的胶凝材料时，都会用其利避其弊。清华大学土木工程系建材教研组绝大多数人都同意我的这个观点。碱硫激发矿渣为什么经历几十年至今得不到推广，就是质量的不稳定和弊端决定了其不能推广的命运。“凝石”产品已生产出了3000吨，但现在还都放在库房里。为什么没卖出去？原材料决定了其质量波动大，必须有大量的工程实验数据及做构件实验的基础上才能考虑其在结构工程中使用。
吕祖良（中国水泥制品协会会长 教授级高工）：
几个月前，他们（“凝石”推广部的人）找过我，请我介绍水泥制品厂与他们合作。我听了他们对产品的介绍，回答：一、“凝石”要有标准，没有标准的东西，行业不能使用；二、据介绍，“凝石”才研制出一两年，要想制订行业标准还为时尚早。我同时告诉他们，水泥制品是要经得住时间考验的，水泥压力管使用寿命埋在地下50年不能坏，“凝石”有这种检验结果吗？没有这种检验我们怎么敢用？“凝石”要推广还必须在实践中检验。
何星华：
从“凝石”的研发和应用情况来看，实际上现在还处于科研试验阶段，远远谈不上推广。比如它有没有在恒温恒湿实验室条件下做过收缩徐变量的实验？据我所知，标准的恒温恒湿实验室全国都没几家，我们院的实验室可以说是国内最好的之一，但我们从来没有做过“凝石”的测试。再有，工业废渣本身的性质差异非常大，怎么能什么废渣拿来添加上所谓“成岩剂”就成了用于建筑的产品呢？如果“凝石”要作为结构材料，对于施工部门来说，一是没法用，无标准可依；二是不敢用，因为没有科学的、实践证明的数据。
姚 燕：
在工程使用上，碱激发材料会产生很多问题。在“九五”国家攻关项目中，苏州混凝土研究院为了用此类材料制造下水管，专门研究了缓凝剂。另外，碱激发材料碱度高，腐蚀性大，不易施工。
水泥已发明一百年以上了，至今科技工作者仍在不断深入研究其各项性能，以满足各种不同工程的需要。目前材料结合工程界所见到和了解到的“凝石”的材料研究数据和工程数据不多，“凝石”要想大规模生产应用，应当请院所和工程单位进行大量的试验和实践，经过一定的时间，积累数据，才有可能逐步推广。
颜碧兰（全国水泥标准化委员会秘书长 教授级高工）：
在国家标准制定方面，一项新材料特别是涉及国家财产和人民生命安全的建筑材料国家标准的制定，不是个简单的问题，不仅需要有包含材料长期性能及耐久性的系统研究，还需要有一定量的产量和用量，要有工程实例，要有许多相关的科研院所、生产及应用企业的试验验证数据。目前，“凝石”的产量很少，缺乏工程上的应用数据，所提供的试验研究数据也不多，因此以“凝石”目前的工作基础制定国家标准是不适宜的

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黄书谋：
“实践是检验真理的惟一标准”。从当前情况看，“凝石”技术尚不规范（包括生产和应用技术），而且应用上时间也太短，有些结论恐怕不宜下得太早。故请研究者多做些脚踏实地的研究，拿出科学数据和令人信服的事实。
焦点之四：媒体的一些不确切的报道，会产生哪些严重后果？
廉慧珍：
我认为，存在的不一定都合理，外国的不一定是真理，专家的不一定全正确。对新产品不能过度炒作，前几年“水变油”也曾被媒体大炒，外国人也曾炒作过碱激发高岭土，但最终事实证明这些发明是错误的。
吕祖良：
我想“凝石”是利用了现在的大环境才炒作起来的：一是循环经济、二是水泥结构调整、三是节约型社会的机会。如果我们不以科学态度正确对待，后果将不堪设想。
吴兆正：
“凝石”在研究阶段就进行大面积推广是不负责任的，会严重误导生产者和使用者。这违背了建材行业“生产为使用服务，材料为工程安全负责”的宗旨。如此宣传“凝石”，已经超出学术研究范围，是一种商业炒作行为，目的是为了争取投资，获得经济利益。我在去“凝石”工厂调研和查阅“凝石”专利材料后发现，“凝石”应属于一种胶凝材料，其在应用方面有很大的局限性，根本无法替代水泥产品。
黄书谋：
就材料科学领域而言，一些技术术语均有其规范的用法或约定俗成的含义，但见诸报端的有关“凝石”的技术用词却很不规范，譬如什么“微晶二元胶凝材料”、“阳体”、“阴体”、“变干法为湿法”等等。既然“凝石”是一种“比水泥应用还广泛”，“作为中国独家拥有的、具有自主知识产权的”成果，我们希望尽快看到发明者的理论创新和技术创新之所在。遗憾的是，至少在目前，我们还没有检索到和发现研究者在国内外有关科技杂志上发表过的在该领域具有“使中国在世界同类产业中走到前面”的、学术水平被同行专家学者普遍认可的理论性文章。大家目前所能看到和读到的只有商业性宣传和新闻炒作类文章。这些文章的内容与理论创新和技术创新的要求是风马牛不相及的！
焦点之五：我们应该采用什么样的科学态度对待“凝石”？
潘东辉（中国硅酸盐学会副理事长 教授级高工）：
任何科学发明或技术创新都有基本规律，而一项新的成果是否成功，检验的标准惟有通过大量工程应用的实践考验。广告是促销的一种手段，但在市场经济体制成熟的国家，消费者对广告的作用和产品的实际性能是能够甄别的。

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吴兆正：
材料科学是实验科学，是一门以可重复的科学实验数据为依据的科学。无论是什么理论，最终都要以科学实验数据来验证。一种新产品的出现，需提供出这种材料的安全性、稳定性、环保性、共容性、可控性等科学的实验数据。要考查这种材料的是否具有长期强度，是否会渗出有毒有害物质，是否危害其他材料，是否能满足施工等性能要求。要用公认的方法，有权威性的实验过程。
作为材料方面的专业人员，我们有责任向公众讲明道理，把材料专家的意见告诉大家，用科学的态度来阐明观点，不要用商业炒作来误导广大生产者和使用者。当然，“凝石”作为胶凝材料并非没有用途，它可以满足某些工程的特殊需要，在部分工程中可以使用，但不能用作通用性结构工程材料。
吕祖良：
我们不是一概否定这种胶凝材料，但凝石要用作建筑的结构材料或地下管道，那是百年大计，没有标准是根本不行的。

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阎培渝（清华大学土木系教授 博士）：
关于凝石技术，应该说属于碱激发胶凝材料中的一类，或者范围再大些，属于化学激发胶凝材料中的一类。说凝石能够取代水泥是不确切的。因其属于碱激发类材料，应该说用于一些地坪、道路等用途还是可以的，不可能完全取代硅酸盐水泥。
就凝石技术目前的情况来看，距大面积推广还有很大距离。这是因为该技术作为胶凝材料，在推广应用以前，首先应提供材料本身的各项性能指标参数，其次要提供其用于混凝土中时的各项性能指标参数，此外如要用于工程，还必须提供其用于各种结构形式时的性能实验数据及其与水泥混凝土构件结构性能实验数据的比较。在目前的阶段，这些数据都不具备，因此还有许多工作需要做。
应该说，凝石技术与上世纪五六十年代对碱激发胶凝材料的研究还是有所不同的。就我们所做的凝石的水化热委托实验来说，该课题所提供的样品的早期水化热放热速率和放热量并不大，这与传统的碱激发胶凝材料的性质有所不同。但是，目前该技术的实验数据资料尚不够完备，因此对其下定论为时过早。
徐有邻（中国建筑科学研究院结构所所长、教授）：
新产品的出现是好事情，但是对于新产品的认定和推广，首先必须要有大量的实验数据，要有权威部门鉴定报告，而对于标准规范的制定而言，除上述条件外，还必须有第三方见证实验，要有多方实验数据，还要有大量的工程应用实例。只有制定了标准规范才有可能大面积推广应用，因此，从目前该技术所宣传的情况来看，距推广应用还有很长的路要走。

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资料链接：
凝 石：
以经过高温过程的固体废物或火山灰类物质为主要原材料（掺量大于90%，可不需要烧制水泥熟料），模仿火山灰大地成岩过程，经配方设计，配料计算制备而成的硅铝基水硬性胶材料称为凝石。凝石是一类可以在许多场合取代水泥，但又有着许多与传统水泥不同的优异特性的硅铝基胶凝材料体系。（摘自蓝资公司资料）
土聚物 (土壤聚合物)：
是一种新型的无机聚合物，其分子链由Si，O，Al等以共价键连接而成，是具有网络结构的类沸石，对重金属有较强的固定作用。土聚水泥(土壤聚合水泥)：是一种高性能的碱激活水泥，是一种不同于普通硅酸盐水泥的新型胶凝材料，因其水化产物中含有大量与一些构成地壳物质相似的化合物――含硅铝链的“无机聚合物”而得名。
地聚合物
是以偏高岭土和碱激发剂为主要原料，采用适当工艺，在低于150℃下甚至常温条件下养护，通过溶解――单体重构――聚缩反应得到的一种新胶凝材料。（摘自：《第一届全国化学激发胶凝材料研讨会论文集》第244页）
是由地球化学作用或地质合成作用而形成的矿物聚合物。这一概念发展到现在则包括了所有采用天然矿物或固体废弃物制备成的以硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。（摘自：网络）
无熟料水泥
一般指不需经过煅烧工艺而制成的水硬性水泥。将具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料（如粒化高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石等火山灰质混合材料）和碱性激发剂（如石灰、硅酸盐水泥熟料）或硫酸盐激发剂（如石膏），按适当比例配合，共同磨细而成。是石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥、石灰火山灰质水泥等的总称。这类水泥一般标号较低，但生产工艺简单，原料可就地取材，是工业废渣的综合利用，具有一定经济价值。
――摘自《硅酸盐辞典》344页（中国建筑工业出版社1984年6月第一次出版）
专家简介
杨南茹 女，1930年生，1952年南京大学化学系毕业，水泥化学专家，南京工业大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，中国硅酸盐学会水泥专业委员会委员，长期从事无机非金属材料物理化学和水泥化学的教研工作，自80年代中就研究碱胶凝材料，并于2004年策划组织了全国第一届化学激发胶凝材料研讨会。多次主持重大的应用基础理论研究课题，在“低温合成粉煤灰水泥”研究中，首先提出用水热合成工艺经低温煅烧制备活性β―C2S，为低温合成粉煤灰水泥做进行理论阐述。该研究成果1982年获水电部科技进步一等奖。
廉慧珍 女，1933年生，清华大学教授，多年从事水泥混凝土科学技术和工程的研究与应用工作。著有《建筑材料化学》、《建筑材料》、《土木工程材料》、《建筑材料物相研究基础》、《高性能混凝土》等著作，近期在国内外发表水泥、混凝土类论文数十篇。
姚 燕 女，1982年毕业于上海同济大学建筑材料工程系，现任中国建筑材料科学研究院院长，教授级高级工程师，博士生导师。兼任中国建筑材料工业协会副会长、建设部新型建材制品应用技术专家委员会副主任、国家建筑材料工业科技教育委员会副主任、中国水泥协会副会长、中国水泥制品协会副会长、中国硅酸盐学会水泥分会主任、中国材料研究学会青年委员会常务理事、中国建筑学会建材分会副主任，中国混凝土外加剂协会副理事长等。目前为上海同济大学、武汉理工大学、北京工业大学兼职教授。
主要从事高性能混凝土、混凝土外加剂、混凝土耐久性及相关材料的研究与开发工作，近年来主要研究方向为混凝土耐久性。作为项目负责人或负责人之一完成科研项目近20项。主持国家“九五”重点科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”、国家“十五”重点科技攻关项目“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”。国家重大基础研究项目“高性能水泥制备和应用的基础研究”课题负责人，国际合作项目“高性能混凝土的研究”项目负责人。所完成研究成果获得部级科技进步奖9项，发表论文近40篇。

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“凝石”是一种胶凝材料，但不是水泥，对于建筑材料行业的人来说，它不是新东西，绝对不是发明创造。要严格分清“胶凝材料”和“水泥”(尤其是硅酸盐类通用水泥)的区别，这是两个不可混淆的材料概念。