放眼四周，寫字樓、住宅、路橋……每項城市建設都離不開一種重要材料――混凝土。以往利用傳統混凝土施工，耗時又耗力，隨着環保「減碳」成發展趨勢，澳門大學應用物理及材料工程研究院孫國星副教授及團隊成員梁瑞博士，研發出一項革新的建築材料――「納米泡沫混凝土」，可有效減少碳排放量及降低成本。最近，該科研項目獲得「2022澳門科技獎」的「技術發明獎」三等獎。

 

產品節能減碳低成本

2020年9月，中國明確提出2030年「碳達峰」與2060年「碳中和」目標。目前，我國正為實現「雙碳」目標而努力，然而在生產水泥的過程中，煅燒石灰石會排放大量二氧化碳，水泥行業正面臨着綠色轉型的「減碳」需求。

針對建築行業的痛點，擁有化學與土木工程跨學科背景的孫國星帶領團隊，設計出用納米粒子來穩定泡沫的技術路線，研發出新型納米發泡劑。用該納米發泡劑與水泥漿混合做出的「納米泡沫混凝土」，既能顯著減少水泥用量，亦可提高建築物的保溫能力。

「用『納米泡沫』所製備的泡沫水泥具有輕質、隔熱、不燃等特點，與市面的常規產品相比，在達到同等強度時，水泥用量更低。」孫國星解釋，普通的泡沫混凝土由於泡沫的不穩定性，導致不能得到很好的推廣應用。而他們團隊通過採用納米顆粒加固氣泡之間的壁壘，使得納米粒子團聚在氣泡外壁，再將泡沫與水泥漿混合，最後得到孔隙更小，強度更高的泡沫混凝土。

 

市場應用得到認可

孫國星介紹，「納米泡沫混凝土」現不僅應用於輕質牆板、門芯板等製品，還適用於大規模現澆工程，例如屋面保溫、樓層墊高、空中建物（如空中泳池）、交通路橋、礦坑填充等建設工程。

在牆板領域，該產品相較市面上用於裝配式建築的泡沫混凝土牆板，水泥用量減少15—20%，保溫隔熱能力提高20—25%，同時顯著降低生產成本。目前已在江蘇南通、山西太原等地進行生產試驗。在門芯板領域，納米泡沫混凝土防火又隔音，可用於填充木門，在滿足強度及密度要求下，原料成本不到15元1平方米，遠低於目前市場使用的珍珠岩、發泡菱鎂等填充物（售價約40元1平方米），目前正在浙江推廣。

在大型建築工程的現澆回填領域，該產品已成功應用於珠海高新區建築肥槽回填、珠澳橫琴口岸綜合交通樞紐、襄陽東西軸線道路工程等多個內地重點工程。總應用體量已達6萬立方米，節約水泥量1萬噸，減少相應碳排放9,000噸。孫國星透露，「納米泡沫混凝土」即將應用於澳氹第四條跨海大橋、澳門大學連接橫琴口岸通道橋等澳門工程，為「綠色澳門」助力。

 

推動科研成果轉化

要挑起產學研的大樑，將科研成果從實驗室搬進市場不是一件易事。雖然現在「納米泡沫混凝土」相關產品技術經已成熟，並得到業界認可，但回想起當初的研發經歷以及市場推廣階段，孫國星直言：過程十分困難。

「納米泡沫混凝土」現澆回填配方工藝技術最初於2021年9月在河南的一個偏遠山村裡完成試點工程，工程現場甚至連水電都沒有，孫國星及團隊成員為此想盡辦法，沒有水就打井，水溫太低就砍柴生火加熱，沒有電就從隔壁村莊拉過來。

沒有水電解決了，但是沒有機器怎麼辦呢？因為發泡混凝土是通過發泡機的發泡系統，將發泡劑用機械方式充分發泡，並將泡沫與水泥漿均勻混合，然後經過發泡機的泵送系統，進行現澆施工或模具成型。而實驗室裡的發泡機並不適用於大型工程，因此，為了使工程可以盡快落實，孫國星不惜自掏腰包找到廠家設計訂製機器。這也讓他深刻意識到，在探索產業化的過程中，材料創新與工藝創新需要一起配合，才能推動新材料量產和產業更新換代。

試點工程最終取得良好的數據及反應，孫國星也有了信心將這項技術推向市場，但由於這是一項新技術，許多企業都持有懷疑觀望態度。經過爭取，2022年3月，「納米泡沫混凝土」現澆技術在珠海高新技術產業開發區的一個互聯網產業基地回填工程中實現應用。該項目是全球大型實際建築工程中，首次應用納米發泡技術，成功將工程方原計劃使用的水泥量，從2,000噸降到1,300噸，節約超過30%，並減少相應的碳排放。

同時，珠海質檢站協力廠商質檢結果證明，現場產品強度為設計標準要求的1.2~1.5倍，強度和密度比值高於國家標準3~4個等級。「該工程項目的順利完工，標誌着納米泡沫混凝土現澆回填配方工藝技術，在實際工程應用的真正落地，這表示每年市場份額達百億元的大型回填工程，有機會大幅度降低水泥用量。」

 

致力推動產學研發展

孫國星曾在香港及內地多個城市工作，2017年來到澳門，因為喜歡這邊的學術環境，現已在澳門安家，也已經習慣及愛上在澳門的生活。他認為：「澳門特區政府一直都十分注重產學研發展，項目成果能投入市場，離不開澳門科學技術發展基金的科研資助，以及澳門大學提供的硬體配套設施。位於澳門大學應用物理及材料工程研究院地面層的實驗室，以及位於橫琴的珠海澳大科技研究院內的先進材料研發中心，都為研發團隊提供了一個很好的平台。」

孫國星表示，在推動科研成果商業化的過程中，因為商業經驗不足，會時常碰壁，但團隊對「納米泡沫」的科研不會停止，且會繼續探索及挖掘這種材料更多的可能性，並擴展下游應用的研究層面。「今後，團隊將繼續致力於推動項目的產業化，助力國家推動綠色建材行業發展和澳門經濟的適度多元。」

 

孫國星簡介

研究方向為高分子、建築材料、複合材料等。主持國家優秀青年科學基金等項目，培養博士生及博士後40餘名，發表學術論文100餘篇，申請發明專利20餘項。曾獲CCTV新聞聯播報道，獲瑞典國際先進材料協會科學家獎章。

 

文：黃桂蘭  圖：宋楚珊、受訪者