天量淤積的黃河泥沙，可望變身新型建材骨料。日前，記者從鄭州大學(xué)獲悉，以該校趙軍教授為帶頭人的“教育部新型建筑材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新團隊”歷經(jīng)5年研發(fā)成功“利用黃河淤泥協(xié)同多源固廢制造建筑材料用人工骨料”技術(shù)，不僅能夠替代天然砂石制備綠色低碳混凝土，還為高效資源化治理黃河流域固體廢棄物提供了技術(shù)支撐。相關(guān)研究成果已獲5項專利授權(quán)。

黃河中下游干、支流和水庫泥沙淤積及其造成的黃河下游“地下懸河”問題，一直是治理黃河的難題。雖然當前的沖淤技術(shù)對于下游泥沙淤積已有卓有成效的治理效果，但部分區(qū)域及入海口仍有大量淤積泥沙。“黃河下游的泥沙也是一種寶貴的資源，合理資源化利用將產(chǎn)生巨大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。”趙軍說。

與此同時，我國還面臨著天然砂石過度開采和固體廢棄物（以下簡稱“固廢”）產(chǎn)量巨大的雙重困境。砂石巨大的開采量和固廢的巨量產(chǎn)生引發(fā)了嚴重的生態(tài)危機，研發(fā)可高效率處置黃河淤泥、協(xié)同處置多源固廢的天然砂石替代品迫在眉睫。

“把天量的黃河泥沙變身新型建材的人工骨料，將是一個兩全其美的事情。”趙軍說。但是，黃河淤泥和多源固廢由于顆粒級配失衡、含有有害物質(zhì)、強度低、理化性能差異大，無法直接應(yīng)用于混凝土原材料，制約了其工程應(yīng)用進程。如果將黃河淤泥和多源固廢協(xié)同處置，轉(zhuǎn)化為能夠供建筑材料使用的人工骨料，有望達到“以廢治廢、循環(huán)利用”的效果。

科研團隊攻克了人工骨料孔隙結(jié)構(gòu)精確調(diào)控、密度與強度平衡控制、表面特性優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合骨料形成機理和機械拌合工藝，通過分析原材料化學(xué)成分及化學(xué)反應(yīng)機理，利用化學(xué)膠結(jié)和物理重構(gòu)方法，使黃河淤泥物理形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到改變。根據(jù)工程應(yīng)用場景與混凝土性能指標，推定骨料原材料配合比范圍并調(diào)整設(shè)備參數(shù)，將黃河淤泥協(xié)同多源固廢轉(zhuǎn)化為級配、致密性、強度和穩(wěn)定性優(yōu)良的人工骨料，可以直接替代天然砂石制備混凝土。

針對黃河淤泥高效率轉(zhuǎn)化和砂石多場景工程應(yīng)用，團隊提出基于性能的人工骨料配合比設(shè)計方法，形成水泥水化粘合體系和堿激發(fā)體系，通過自主研發(fā)的智能化人工砂石制造裝備，開發(fā)出可用于普通、超強、早強、輕質(zhì)、抗凍、超韌性混凝土的系列黃河淤泥人工骨料，實現(xiàn)了產(chǎn)品的多樣性和高端化。

“這項研究有助于構(gòu)建‘黃河淤泥協(xié)同固廢-低碳建材-生態(tài)治黃’的綠色增值鏈條，驅(qū)動黃河流域從線性消耗向物質(zhì)循環(huán)范式轉(zhuǎn)型，可根據(jù)黃河淤泥和固廢處理處置單位與建設(shè)工程單位要求，實現(xiàn)所需骨料的開發(fā)，開發(fā)的人工骨料中黃河淤泥含量可達到80%以上，是實現(xiàn)黃河淤泥與固體廢棄物高效、高值、綠色、低碳處置的重要技術(shù)。”趙軍告訴記者，如果每年人工清淤的黃河淤泥按1000萬噸計算，假如全部轉(zhuǎn)化為人工骨料，年產(chǎn)值和凈利潤非常可觀，同時還能減少黃河淤泥與固體廢棄物堆放占用的大量土地，減少空氣、土壤等污染。

業(yè)內(nèi)水利專家和建材專家表示，黃河淤泥人工骨料的成功研發(fā)，標志著黃河淤泥在綠色建筑材料領(lǐng)域資源化利用取得重大突破，實現(xiàn)了黃河淤泥綠色低碳處置和循環(huán)利用增值的雙重閉環(huán)，將有力推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的深入實施。