科技日报记者 孙越
天量淤积的黄河泥沙，可望变身新型建材骨料。日前，记者从郑州大学获悉，以该校赵军教授为带头人的“教育部新型建筑材料与结构创新团队”历经5年研发成功“利用黄河淤泥协同多源固废制造建筑材料用人工骨料”技术，不仅能够替代天然砂石制备绿色低碳混凝土，还为高效资源化治理黄河流域固体废弃物提供了技术支撑。相关研究成果已获5项专利授权。
黄河中下游干、支流和水库泥沙淤积及其造成的黄河下游“地下悬河”问题，一直是治理黄河的难题。虽然当前的冲淤技术对于下游泥沙淤积已有卓有成效的治理效果，但部分区域及入海口仍有大量淤积泥沙。“黄河下游的泥沙也是一种宝贵的资源，合理资源化利用将产生巨大的社会、环境和经济效益。”赵军说。
与此同时，我国还面临着天然砂石过度开采和固体废弃物（以下简称“固废”）产量巨大的双重困境。砂石巨大的开采量和固废的巨量产生引发了严重的生态危机，研发可高效率处置黄河淤泥、协同处置多源固废的天然砂石替代品迫在眉睫。
“把天量的黄河泥沙变身新型建材的人工骨料，将是一个两全其美的事情。”赵军说。但是，黄河淤泥和多源固废由于颗粒级配失衡、含有有害物质、强度低、理化性能差异大，无法直接应用于混凝土原材料，制约了其工程应用进程。如果将黄河淤泥和多源固废协同处置，转化为能够供建筑材料使用的人工骨料，有望达到“以废治废、循环利用”的效果。
科研团队攻克了人工骨料孔隙结构精确调控、密度与强度平衡控制、表面特性优化等关键技术，结合骨料形成机理和机械拌合工艺，通过分析原材料化学成分及化学反应机理，利用化学胶结和物理重构方法，使黄河淤泥物理形态和内部结构得到改变。根据工程应用场景与混凝土性能指标，推定骨料原材料配合比范围并调整设备参数，将黄河淤泥协同多源固废转化为级配、致密性、强度和稳定性优良的人工骨料，可以直接替代天然砂石制备混凝土。
针对黄河淤泥高效率转化和砂石多场景工程应用，团队提出基于性能的人工骨料配合比设计方法，形成水泥水化粘合体系和碱激发体系，通过自主研发的智能化人工砂石制造装备，开发出可用于普通、超强、早强、轻质、抗冻、超韧性混凝土的系列黄河淤泥人工骨料，实现了产品的多样性和高端化。
“这项研究有助于构建‘黄河淤泥协同固废-低碳建材-生态治黄’的绿色增值链条，驱动黄河流域从线性消耗向物质循环范式转型，可根据黄河淤泥和固废处理处置单位与建设工程单位要求，实现所需骨料的开发，开发的人工骨料中黄河淤泥含量可达到80%以上，是实现黄河淤泥与固体废弃物高效、高值、绿色、低碳处置的重要技术。”赵军告诉记者，如果每年人工清淤的黄河淤泥按1000万吨计算，假如全部转化为人工骨料，年产值和净利润非常可观，同时还能减少黄河淤泥与固体废弃物堆放占用的大量土地，减少空气、土壤等污染。
业内水利专家和建材专家表示，黄河淤泥人工骨料的成功研发，标志着黄河淤泥在绿色建筑材料领域资源化利用取得重大突破，实现了黄河淤泥绿色低碳处置和循环利用增值的双重闭环，将有力推动黄河流域生态保护和高质量发展战略的深入实施。
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