我國(guó)建材行業(yè)多項(xiàng)首創(chuàng)成果面世
時(shí)間：2025-01-08 來(lái)源：中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào) 分享：
全球首創(chuàng)低成本絕熱超材料水泥氣凝膠、全球首套水泥全氧燃燒耦合碳捕集技術(shù)、全球首個(gè)水泥行業(yè)零外購(gòu)電示范工廠、折疊式組合建筑……在近日舉行的2024年建筑材料行業(yè)大會(huì)上，多項(xiàng)建材行業(yè)首創(chuàng)成果和最新突破首次發(fā)布。
全球首創(chuàng)低成本絕熱超材料水泥氣凝膠、全球首套水泥全氧燃燒耦合碳捕集技術(shù)、全球首個(gè)水泥行業(yè)零外購(gòu)電示范工廠、折疊式組合建筑……在近日舉行的2024年建筑材料行業(yè)大會(huì)上，多項(xiàng)建材行業(yè)首創(chuàng)成果和最新突破首次發(fā)布。
從依賴自然、探索自然到模仿自然、改造自然，作為連接過去與未來(lái)的橋梁，建材行業(yè)正在不斷汲取來(lái)自大自然的靈感，誕生了許多與自然和諧共鳴的建材產(chǎn)品，也點(diǎn)亮了人們對(duì)未來(lái)建材應(yīng)用的無(wú)限憧憬。
水泥氣凝膠成本
僅為傳統(tǒng)氣凝膠1/20
“貴！”談及氣凝膠材料的價(jià)格，供應(yīng)商噓聲一片。
氣凝膠，是世界上密度最小的固體材料，幾乎由空氣構(gòu)成，具有極強(qiáng)的隔熱和防火能力，被譽(yù)為21世紀(jì)改變世界的十大新材料之一。然而，常規(guī)硅基氣凝膠由于制備工藝復(fù)雜、原材料成本高，其核心技術(shù)遭受國(guó)外專利壟斷，因而難以在建筑領(lǐng)域大規(guī)模推廣應(yīng)用。
如今，這一困境將有望得到解決。
“我們集成的水泥氣凝膠，成本僅為傳統(tǒng)氣凝膠的1/20！”東南大學(xué)材料學(xué)院院長(zhǎng)佘偉說，“它具有集輕質(zhì)、隔熱、強(qiáng)度、耐火、耐水、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)于一體的綜合性優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)全能型的‘六邊形戰(zhàn)士’，是真正的老百姓用得起的氣凝膠。”
為攻克氣凝膠低成本、高性能絕熱材料技術(shù)空白，佘偉團(tuán)隊(duì)將矛頭瞄準(zhǔn)了三大科技問題：輕質(zhì)高強(qiáng)、隔熱防火、疏水耐久，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了墨魚骨仿生突破輕質(zhì)高強(qiáng)極限、納微多尺度孔隙攻克絕熱瓶頸、荷葉仿生變革水泥基材料從親水到疏水、表面高溫陶瓷化“盔甲”突破耐火極限等四大創(chuàng)新性突破。
經(jīng)過億萬(wàn)年的自然選擇和生物進(jìn)化，墨魚骨誕生出輕量化稱力結(jié)構(gòu)，既能夠在深海承受高水壓，同時(shí)又能夠大幅度減少生物材料的用量，是生物界在輕質(zhì)高強(qiáng)方面的最優(yōu)解。受深海墨魚骨微觀承力結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出通過冷凍法制備水泥氣凝膠新工藝，通過常壓冷凍-常溫解凍-自然干燥工藝，突破現(xiàn)有硅基氣凝膠超臨界干燥法，解決了制備工藝復(fù)雜、易收縮開裂的難題，實(shí)現(xiàn)水泥氣凝膠綠色高效、超低能耗、超大尺度的宏量制備。
“我們完美復(fù)刻了墨魚骨的承力結(jié)構(gòu)，并突破了材料的容重極限，使輕質(zhì)密度低至20kg/m3，是水的1/50，這也是目前世界上最輕的水泥制品材料；同時(shí)其兼具負(fù)泊松比的超材料特性：越壓越強(qiáng)、遇強(qiáng)則強(qiáng)。”佘偉說。
佘偉進(jìn)一步介紹說，荷葉表面通過微突結(jié)構(gòu)結(jié)合低表面能蠟質(zhì)，形成了超疏水自清潔的宏觀特征。受此啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)用納米材料表面疏水化改性，發(fā)明出水泥基材料超疏水技術(shù)，進(jìn)一步構(gòu)筑了“三維超疏水”的水泥氣凝膠材料，實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)酷環(huán)境下的高效和長(zhǎng)效防護(hù)，徹底解決了水泥基材料、保溫隔熱材料“水患”難題，使用壽命提升一倍以上，而且在高濕度環(huán)境下絕熱穩(wěn)定性倍增。
就這樣，一個(gè)新氣凝膠種類——水泥氣凝膠誕生。這種新材料密度低至40kg/m3，接近羽毛，是泡沫混凝土的1/10，強(qiáng)度高至1.2MPa，是同等密度泡沫混凝土的5倍，可以承受一個(gè)成年人的重量。與此同時(shí)，這種新材料的導(dǎo)熱系數(shù)低至0.021W/（m·K），防火等級(jí)A1級(jí)，并同時(shí)兼具超級(jí)疏水能力，可解決傳統(tǒng)隔熱材料比如巖棉等因吸水而導(dǎo)致性能失效的問題。
“沒有落后的行業(yè)，只有落后的技術(shù)，我們要變不可能為可能。”佘偉表示，該團(tuán)隊(duì)通過水泥這樣一種普通的材料，實(shí)現(xiàn)了隔熱材料領(lǐng)域從“0-1”的革命性轉(zhuǎn)型。如今，這種水泥氣凝膠可以做成涂料、隔熱墊片、塊狀、粉體等多種柔性和剛性的防護(hù)材料形態(tài)，且具有良好的可加工性能，色彩可選擇，藝術(shù)表現(xiàn)力強(qiáng)，未來(lái)市場(chǎng)前景廣闊。
靈感來(lái)自古建的碳礦化
多功能無(wú)機(jī)涂層材料
人類文明發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，誕生了古希臘神廟、中國(guó)古代石橋等偉大建筑。這些古建筑的材料通常是以碳酸鹽為主的石灰?guī)r，具有超強(qiáng)的耐風(fēng)化、抗自然侵蝕的能力，歷經(jīng)千年風(fēng)雨屹立不倒。
武漢理工大學(xué)副校長(zhǎng)王發(fā)洲發(fā)布了全球首創(chuàng)碳礦化多功能無(wú)機(jī)涂層材料，這種全新概念涂層材料的靈感正是來(lái)源于古建。
“當(dāng)下，在貝殼、螺類、珊瑚礁等海洋生物中存在大量這樣的材料。它們的成分是以一種碳酸鹽為主的碳酸鈣。我們發(fā)現(xiàn)，通過開發(fā)材料功能與二氧化碳在常溫常壓條件下，能夠快速形成一種類似于天然巖石的高致密碳酸鈣結(jié)構(gòu)。”王發(fā)洲說。基于這一基本原理，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在世界上首創(chuàng)了這種碳礦化多功能無(wú)機(jī)涂層材料。它固化速度快、固化強(qiáng)度高、負(fù)碳環(huán)保、高耐久、輻射制冷和節(jié)能保溫……
“加入適量的水，制成類似水泥的漿料，通過噴涂或者涂刷的方式，把它應(yīng)用到混凝土、鋼材、木材甚至泡沫的表面，就可以構(gòu)筑一層白色的碳礦化無(wú)機(jī)涂層。”王發(fā)洲說，與傳統(tǒng)涂料相比，碳礦化多功能無(wú)機(jī)涂層材料具有近零VOC排放的優(yōu)勢(shì)，且在使用過程中能不斷與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
此外，通過碳酸鈣晶體的調(diào)控和化學(xué)改性、粒子誘導(dǎo)等新技術(shù)，還可以得到強(qiáng)度更高的塊狀晶體、韌性高的梭狀晶體以及能夠阻礙有害介質(zhì)侵蝕的鱗片狀晶體，為材料的多功能化提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“折疊式建筑”一鍵啟用
這是一個(gè)商業(yè)文旅的創(chuàng)業(yè)空間，也是一個(gè)應(yīng)急救災(zāi)的庇護(hù)之所、野外作業(yè)的棲息之地，還是一個(gè)展覽展示的創(chuàng)新場(chǎng)景、一鍵啟用的移動(dòng)商鋪……
北京金隅新型建材產(chǎn)業(yè)化集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)高洪軍發(fā)布世界領(lǐng)先的“折疊式組合建筑金隅·星逸”，以顛覆傳統(tǒng)建造方式為目標(biāo)，打造了一鍵伸展、設(shè)施完備、綠色節(jié)能、兩小時(shí)入住的具有完整建筑元素的“平急兩用”好房子。
“傳統(tǒng)意義上的移動(dòng)建筑，功能相對(duì)單一且條件簡(jiǎn)陋，而金隅·星逸通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工以及模塊化施工，實(shí)現(xiàn)了快速拆裝、空間變換，是一款智能化、多樣化、輕量化產(chǎn)品。”高洪軍介紹說。
據(jù)悉，金隅集團(tuán)在2022年承接了全國(guó)建材行業(yè)第二次“揭榜掛帥”項(xiàng)目“折疊式建筑及其新型建材的設(shè)計(jì)研發(fā)與示范”，并在此領(lǐng)域取得了階段性成果。金隅·星逸的推出，正是這一項(xiàng)目的重要成果之一。
高洪軍表示，好建材是好建筑、好房子的肌肉、骨骼和皮膚。為此，該折疊式組合建筑應(yīng)用了納米復(fù)合巖棉保溫材料、高阻熱節(jié)能保溫隔熱涂料、新型硅烷改性密封材料等新材料，并創(chuàng)新提出功能艙、配套艙、連接艙“三艙”理念。“三艙”可以單獨(dú)使用也可以組合使用，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景。室內(nèi)空間單艙面積可達(dá)45平方米，采用光伏綠色能源和儲(chǔ)能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)100%電力自給自足。
此外，“我們還解決了冷熱橋、氣密、防滲、密封、隔聲等諸多組合建筑出現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)難題和痛點(diǎn)。可以說，這款產(chǎn)品融合了工程技術(shù)和材料科學(xué)成果，集成了材料學(xué)、建筑學(xué)、機(jī)械工程學(xué)等多學(xué)科的專業(yè)技術(shù)，全生命周期碳排放僅為傳統(tǒng)建筑的35%。截至目前，該產(chǎn)品已經(jīng)申請(qǐng)了20余件發(fā)明專利。”高洪軍說。
建材行業(yè)的創(chuàng)新與突破，不僅關(guān)乎居住之安、建筑之美，更直接影響到國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展。此次新產(chǎn)品新技術(shù)的發(fā)布，標(biāo)志著建材行業(yè)重大科技攻關(guān)“揭榜掛帥”、“六零”工廠建設(shè)、無(wú)機(jī)非金屬“超級(jí)材料”研發(fā)等工作取得了突破性進(jìn)展。
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