我國建材行業多項首創成果面世
時間：2025-01-08 來源：中國高新技術產業導報 分享：
全球首創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、全球首個水泥行業零外購電示范工廠、折疊式組合建筑……在近日舉行的2024年建筑材料行業大會上，多項建材行業首創成果和最新突破首次發布。
全球首創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、全球首個水泥行業零外購電示范工廠、折疊式組合建筑……在近日舉行的2024年建筑材料行業大會上，多項建材行業首創成果和最新突破首次發布。
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的橋梁，建材行業正在不斷汲取來自大自然的靈感，誕生了許多與自然和諧共鳴的建材產品，也點亮了人們對未來建材應用的無限憧憬。
水泥氣凝膠成本
僅為傳統氣凝膠1/20
“貴！”談及氣凝膠材料的價格，供應商噓聲一片。
氣凝膠，是世界上密度最小的固體材料，幾乎由空氣構成，具有極強的隔熱和防火能力，被譽為21世紀改變世界的十大新材料之一。然而，常規硅基氣凝膠由于制備工藝復雜、原材料成本高，其核心技術遭受國外專利壟斷，因而難以在建筑領域大規模推廣應用。
如今，這一困境將有望得到解決。
“我們集成的水泥氣凝膠，成本僅為傳統氣凝膠的1/20！”東南大學材料學院院長佘偉說，“它具有集輕質、隔熱、強度、耐火、耐水、經濟等特點于一體的綜合性優勢，是一個全能型的‘六邊形戰士’，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空白，佘偉團隊將矛頭瞄準了三大科技問題：輕質高強、隔熱防火、疏水耐久，并在此基礎上實現了墨魚骨仿生突破輕質高強極限、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新性突破。
經過億萬年的自然選擇和生物進化，墨魚骨誕生出輕量化稱力結構，既能夠在深海承受高水壓，同時又能夠大幅度減少生物材料的用量，是生物界在輕質高強方面的最優解。受深海墨魚骨微觀承力結構的啟發，該團隊創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，突破現有硅基氣凝膠超臨界干燥法，解決了制備工藝復雜、易收縮開裂的難題，實現水泥氣凝膠綠色高效、超低能耗、超大尺度的宏量制備。
“我們完美復刻了墨魚骨的承力結構，并突破了材料的容重極限，使輕質密度低至20kg/m3，是水的1/50，這也是目前世界上最輕的水泥制品材料；同時其兼具負泊松比的超材料特性：越壓越強、遇強則強。”佘偉說。
佘偉進一步介紹說，荷葉表面通過微突結構結合低表面能蠟質，形成了超疏水自清潔的宏觀特征。受此啟發，該團隊用納米材料表面疏水化改性，發明出水泥基材料超疏水技術，進一步構筑了“三維超疏水”的水泥氣凝膠材料，實現了嚴酷環境下的高效和長效防護，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，而且在高濕度環境下絕熱穩定性倍增。
就這樣，一個新氣凝膠種類——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，強度高至1.2MPa，是同等密度泡沫混凝土的5倍，可以承受一個成年人的重量。與此同時，這種新材料的導熱系數低至0.021W/（m·K），防火等級A1級，并同時兼具超級疏水能力，可解決傳統隔熱材料比如巖棉等因吸水而導致性能失效的問題。
“沒有落后的行業，只有落后的技術，我們要變不可能為可能。”佘偉表示，該團隊通過水泥這樣一種普通的材料，實現了隔熱材料領域從“0-1”的革命性轉型。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材料形態，且具有良好的可加工性能，色彩可選擇，藝術表現力強，未來市場前景廣闊。
靈感來自古建的碳礦化
多功能無機涂層材料
人類文明發展的歷史長河中，誕生了古希臘神廟、中國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巖，具有超強的耐風化、抗自然侵蝕的能力，歷經千年風雨屹立不倒。
武漢理工大學副校長王發洲發布了全球首創碳礦化多功能無機涂層材料，這種全新概念涂層材料的靈感正是來源于古建。
“當下，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。我們發現，通過開發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構。”王發洲說。基于這一基本原理，研發團隊在世界上首創了這種碳礦化多功能無機涂層材料。它固化速度快、固化強度高、負碳環保、高耐久、輻射制冷和節能保溫……
“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，把它應用到混凝土、鋼材、木材甚至泡沫的表面，就可以構筑一層白色的碳礦化無機涂層。”王發洲說，與傳統涂料相比，碳礦化多功能無機涂層材料具有近零VOC排放的優勢，且在使用過程中能不斷與空氣中的二氧化碳發生反應，達到長期的結構穩定性。
此外，通過碳酸鈣晶體的調控和化學改性、粒子誘導等新技術，還可以得到強度更高的塊狀晶體、韌性高的梭狀晶體以及能夠阻礙有害介質侵蝕的鱗片狀晶體，為材料的多功能化提供了堅實基礎。
“折疊式建筑”一鍵啟用
這是一個商業文旅的創業空間，也是一個應急救災的庇護之所、野外作業的棲息之地，還是一個展覽展示的創新場景、一鍵啟用的移動商鋪……
北京金隅新型建材產業化集團有限公司董事長高洪軍發布世界領先的“折疊式組合建筑金隅·星逸”，以顛覆傳統建造方式為目標，打造了一鍵伸展、設施完備、綠色節能、兩小時入住的具有完整建筑元素的“平急兩用”好房子。
“傳統意義上的移動建筑，功能相對單一且條件簡陋，而金隅·星逸通過標準化設計、工廠化加工以及模塊化施工，實現了快速拆裝、空間變換，是一款智能化、多樣化、輕量化產品。”高洪軍介紹說。
據悉，金隅集團在2022年承接了全國建材行業第二次“揭榜掛帥”項目“折疊式建筑及其新型建材的設計研發與示范”，并在此領域取得了階段性成果。金隅·星逸的推出，正是這一項目的重要成果之一。
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用了納米復合巖棉保溫材料、高阻熱節能保溫隔熱涂料、新型硅烷改性密封材料等新材料，并創新提出功能艙、配套艙、連接艙“三艙”理念。“三艙”可以單獨使用也可以組合使用，滿足不同應用場景。室內空間單艙面積可達45平方米，采用光伏綠色能源和儲能技術，可實現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的關鍵技術難題和痛點。可以說，這款產品融合了工程技術和材料科學成果，集成了材料學、建筑學、機械工程學等多學科的專業技術，全生命周期碳排放僅為傳統建筑的35%。截至目前，該產品已經申請了20余件發明專利。”高洪軍說。
建材行業的創新與突破，不僅關乎居住之安、建筑之美，更直接影響到國家基礎設施建設與可持續發展。此次新產品新技術的發布，標志著建材行業重大科技攻關“揭榜掛帥”、“六零”工廠建設、無機非金屬“超級材料”研發等工作取得了突破性進展。
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