放眼四周，写字楼、住宅、路桥……每项城市建设都离不开一种重要材料――混凝土。以往利用传统混凝土施工，耗时又耗力，随着环保「减碳」成发展趋势，澳门大学应用物理及材料工程研究院孙国星副教授及团队成员梁瑞博士，研发出一项革新的建筑材料――「纳米泡沫混凝土」，可有效减少碳排放量及降低成本。最近，该科研项目获得「2022澳门科技奖」的「技术发明奖」三等奖。

产品节能减碳低成本

2020年9月，中国明确提出2030年「碳达峰」与2060年「碳中和」目标。目前，我国正为实现「双碳」目标而努力，然而在生产水泥的过程中，煅烧石灰石会排放大量二氧化碳，水泥行业正面临着绿色转型的「减碳」需求。

针对建筑行业的痛点，拥有化学与土木工程跨学科背景的孙国星带领团队，设计出用纳米粒子来稳定泡沫的技术路线，研发出新型纳米发泡剂。用该纳米发泡剂与水泥浆混合做出的「纳米泡沫混凝土」，既能显着减少水泥用量，亦可提高建筑物的保温能力。

「用『纳米泡沫』所制备的泡沫水泥具有轻质、隔热、不燃等特点，与市面的常规产品相比，在达到同等强度时，水泥用量更低。」孙国星解释，普通的泡沫混凝土由于泡沫的不稳定性，导致不能得到很好的推广应用。而他们团队通过采用纳米颗粒加固气泡之间的壁垒，使得纳米粒子团聚在气泡外壁，再将泡沫与水泥浆混合，最后得到孔隙更小，强度更高的泡沫混凝土。

市场应用得到认可

孙国星介绍，「纳米泡沫混凝土」现不仅应用于轻质墙板、门芯板等制品，还适用于大规模现浇工程，例如屋面保温、楼层垫高、空中建物（如空中泳池）、交通路桥、矿坑填充等建设工程。

在墙板领域，该产品相较市面上用于装配式建筑的泡沫混凝土墙板，水泥用量减少15—20%，保温隔热能力提高20—25%，同时显着降低生产成本。目前已在江苏南通、山西太原等地进行生产试验。在门芯板领域，纳米泡沫混凝土防火又隔音，可用于填充木门，在满足强度及密度要求下，原料成本不到15元1平方米，远低于目前市场使用的珍珠岩、发泡菱镁等填充物（售价约40元1平方米），目前正在浙江推广。

在大型建筑工程的现浇回填领域，该产品已成功应用于珠海高新区建筑肥槽回填、珠澳横琴口岸综合交通枢纽、襄阳东西轴线道路工程等多个内地重点工程。总应用体量已达6万立方米，节约水泥量1万吨，减少相应碳排放9,000吨。孙国星透露，「纳米泡沫混凝土」即将应用于澳氹第四条跨海大桥、澳门大学连接横琴口岸通道桥等澳门工程，为「绿色澳门」助力。

推动科研成果转化

要挑起产学研的大梁，将科研成果从实验室搬进市场不是一件易事。虽然现在「纳米泡沫混凝土」相关产品技术经已成熟，并得到业界认可，但回想起当初的研发经历以及市场推广阶段，孙国星直言：过程十分困难。

「纳米泡沫混凝土」现浇回填配方工艺技术最初于2021年9月在河南的一个偏远山村里完成试点工程，工程现场甚至连水电都没有，孙国星及团队成员为此想尽办法，没有水就打井，水温太低就砍柴生火加热，没有电就从隔壁村庄拉过来。

没有水电解决了，但是没有机器怎么办呢？因为发泡混凝土是通过发泡机的发泡系统，将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统，进行现浇施工或模具成型。而实验室里的发泡机并不适用于大型工程，因此，为了使工程可以尽快落实，孙国星不惜自掏腰包找到厂家设计订制机器。这也让他深刻意识到，在探索产业化的过程中，材料创新与工艺创新需要一起配合，才能推动新材料量产和产业更新换代。

试点工程最终取得良好的数据及反应，孙国星也有了信心将这项技术推向市场，但由于这是一项新技术，许多企业都持有怀疑观望态度。经过争取，2022年3月，「纳米泡沫混凝土」现浇技术在珠海高新技术产业开发区的一个互联网产业基地回填工程中实现应用。该项目是全球大型实际建筑工程中，首次应用纳米发泡技术，成功将工程方原计划使用的水泥量，从2,000吨降到1,300吨，节约超过30%，并减少相应的碳排放。

同时，珠海质检站协力厂商质检结果证明，现场产品强度为设计标准要求的1.2~1.5倍，强度和密度比值高于国家标准3~4个等级。「该工程项目的顺利完工，标志着纳米泡沫混凝土现浇回填配方工艺技术，在实际工程应用的真正落地，这表示每年市场份额达百亿元的大型回填工程，有机会大幅度降低水泥用量。」

致力推动产学研发展

孙国星曾在香港及内地多个城市工作，2017年来到澳门，因为喜欢这边的学术环境，现已在澳门安家，也已经习惯及爱上在澳门的生活。他认为：「澳门特区政府一直都十分注重产学研发展，项目成果能投入市场，离不开澳门科学技术发展基金的科研资助，以及澳门大学提供的硬体配套设施。位于澳门大学应用物理及材料工程研究院地面层的实验室，以及位于横琴的珠海澳大科技研究院内的先进材料研发中心，都为研发团队提供了一个很好的平台。」

孙国星表示，在推动科研成果商业化的过程中，因为商业经验不足，会时常碰壁，但团队对「纳米泡沫」的科研不会停止，且会继续探索及挖掘这种材料更多的可能性，并扩展下游应用的研究层面。「今后，团队将继续致力于推动项目的产业化，助力国家推动绿色建材行业发展和澳门经济的适度多元。」

孙国星简介

研究方向为高分子、建筑材料、复合材料等。主持国家优秀青年科学基金等项目，培养博士生及博士后40余名，发表学术论文100余篇，申请发明专利20余项。曾获CCTV新闻联播报道，获瑞典国际先进材料协会科学家奖章。

文：黄桂兰  图：宋楚珊、受访者