歷經(jīng)百年風霜，水泥，這一凝聚了人類智慧與汗水的建筑材料，深深植根于國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的脈絡之中，成為現(xiàn)代建筑不可或缺的基石。
我國水泥產(chǎn)量巨大，已經(jīng)連續(xù)近四十年穩(wěn)坐全球產(chǎn)量第一的寶座，水泥或熟料年產(chǎn)量也早已占全球總產(chǎn)量的50%以上。作為水泥大國，在“雙碳”背景下，如何在這項高排放的傳統(tǒng)工業(yè)中注入綠色動能，如何在減碳技術的征途上持續(xù)領跑，成為全社會共同探索的課題。
6月26日，一個振奮人心的消息傳來——經(jīng)中國建筑材料聯(lián)合會和中國硅酸鹽學會組成的建筑材料科學技術獎獎勵工作領導小組審定，由中國建筑材料科學研究總院有限公司（以下簡稱“中國建材總院”）完成的“硅酸三鈣/阿利特的結構與性能調控理論及其應用”項目榮獲2023度建筑材料科學技術獎基礎研究獎一等獎。這不僅是對該項目團隊不懈努力的最高贊譽，更是為我國水泥行業(yè)乃至整個建材領域的綠色發(fā)展之路點亮了一盞明燈。
使命在肩 勇攀“碳”索高峰
“硅酸三鈣/阿利特（硅酸三鈣簡寫C3S，其固溶體稱為阿利特）作為硅酸鹽水泥熟料中最重要的礦物，占熟料的55%～65%，是水泥混凝土強度的主要來源，其重要性不言而喻?！?/span>
在中國建材總院的綠色建筑材料國家重點實驗室大樓內，項目第二完成人、中國建材總院水泥科學與新型建筑材料研究院水泥化學與房建材料研究所所長任雪紅教授向記者介紹道，面對C3S/阿利特結構復雜多變、研究難度極高的挑戰(zhàn)，團隊在張文生教授的帶領下，依托國家“973”計劃、國家自然科學基金等重大項目支持，歷經(jīng)二十余載的潛心鉆研，終于取得了突破性進展。他們不僅揭示了C3S晶體結構的精細奧秘，還創(chuàng)新性地提出了基于活性O2-的高膠凝性本源理論，為C3S/阿利特的結構與性能調控提供了堅實的理論基礎。
任雪紅指出，C3S/阿利特有三種晶系的七種不同晶型，可呈現(xiàn)三斜T1、T2、T3、單斜M1、M2、M3和三方R等。純C3S只能以T1晶型存在，其他高膠凝性能晶型必須引入摻雜離子才能獲得。摻雜離子影響C3S/阿利特結構與性能調控的關系同樣得到了許多研究。然而，這種關系一直是定性研究或者模糊試錯式的研究，缺少定量化的方法，且高膠凝性的R型C3S/阿利特晶型難以在工業(yè)化熟料中存在。這就導致難以運用摻雜離子最大程度提高硅酸鹽水泥熟料的強度，生產(chǎn)高強度的硅酸鹽水泥熟料。
“項目通過C3S/阿利特結構調控優(yōu)化，提高水泥熟料的強度性能，是在不增加能耗的基礎上，從根本上提升水泥性能、降低其碳排放的重要技術途徑，研究意義非常重大?！比窝┘t說。
碩果盈枝 引領綠色發(fā)展
“團隊不僅在理論上取得了重大突破，更將研究成果成功應用于工業(yè)化實踐，實現(xiàn)了從實驗室到生產(chǎn)線的華麗轉身?！?/span>
談到項目取得的成績，任雪紅自豪地表示，本項目獲得了國際上最精確的C3S晶體結構數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了特殊配位活性O2-的位置及數(shù)目，提出了基于活性O2-的C3S高膠凝性本源新理論，并從原子層次闡明了不同晶型C3S膠凝性能差異的本質及其結構轉變的機理。這為C3S/阿利特結構調控與膠凝性能調控及熟料高強度化奠定了理論基礎。團隊創(chuàng)新性提出了離子結構差異因子D及其表達式，發(fā)現(xiàn)了摻雜離子在C3S/阿利特中的位置取代規(guī)律及穩(wěn)定C3S/阿利特晶型的“幾”字形規(guī)律與機制。這為離子種類的選擇和C3S/阿利特晶型的可設計調控奠定了理論基礎，也為改變傳統(tǒng)模糊試錯式研究提供了新的量化方法。在此基礎上，團隊揭示了熟料體系中多離子復合作用穩(wěn)定高膠凝性C3S/阿利特晶型的規(guī)律，建立了工業(yè)條件下其可控設計并穩(wěn)定存在的新理論與新方法，并應用于工業(yè)化生產(chǎn)中。這為提高硅酸鹽水泥熟料及水泥混凝土性能，降低建材行業(yè)碳排放，提供了重要理論與技術支撐。
“此次獲獎，不僅是對項目團隊辛勤付出的肯定，更是對總院堅持做難而有價值的事、堅持‘長坡厚雪’文化的高度認可，也是對建筑材料科技創(chuàng)新的高度認可。”任雪紅強調，這一獎項的獲得，將激勵科研人員和團隊繼續(xù)投身于水泥科學的創(chuàng)新研究中來，共同推動建筑材料領域向更高性能、更環(huán)保、更耐久的方向發(fā)展。
“當前，在‘雙碳’戰(zhàn)略的引領下，我國建筑材料行業(yè)正迎來前所未有的發(fā)展機遇。我們有理由相信，在不久的將來，隨著更多像‘硅酸三鈣/阿利特結構與性能調控研究’這樣的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)和廣泛應用，我國建筑材料行業(yè)定能綻放出更加璀璨的綠色之花，為國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展貢獻更大的力量。”任雪紅說。
破浪前行 無畏重重挑戰(zhàn)
科研的征途，猶如浩瀚星海中的航行，既壯麗又充滿未知。在這條漫長而曲折的道路上，每一位科研工作者都是勇敢的探險家。
作為這浩瀚科研大軍中的一份子，他們的故事是科研精神最生動的寫照。在追求C3S晶體結構精確數(shù)據(jù)的征途中，深刻體會到了科研的艱辛與不易。在任雪紅的印象中，獲得精確的C3S晶體結構數(shù)據(jù)是一個極大的難題，涉及復雜的實驗設計和數(shù)據(jù)分析。為了確保數(shù)據(jù)的準確性，團隊采用高度精密的儀器和技術支持。這一過程不僅要求他們具備先進的實驗設備和技術，還需要他們對材料的微觀結構有深入的理解。此外，數(shù)據(jù)分析的復雜性和實驗結果的可靠性驗證也給他們帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
“科研之路，挑戰(zhàn)與機遇并存?！被貞浤嵌螘r光，任雪紅表示，在解決C3S晶體結構及其膠凝性能調控等關鍵科學問題的過程中，團隊運用先進的材料合成與測試技術，不僅實現(xiàn)了研究目標，更在水泥/建材行業(yè)的低碳高質量可持續(xù)發(fā)展上邁出了堅實的一步。這一系列的成就，不僅驗證了團隊實驗方法的正確性，更為未來的科研工作奠定了堅實的理論基礎。
“科學探索是一個漫長的過程，在整個研究過程中，有太多難忘的時刻。記得有一次，我們發(fā)現(xiàn)了不同晶型C3S特殊配位活性O2-的位置與數(shù)目，提出了C3S高膠凝性本源的新理論，闡明了不同晶型C3S膠凝性能差異的本質及其結構轉變的機理，為C3S/阿利特結構調控與膠凝性能調控及熟料高強度化奠定了理論基礎。這個發(fā)現(xiàn)不僅驗證了我們實驗方法的正確性，也為理解和優(yōu)化C3S的性能提供了全新的視角。那一刻，我被深深地觸動，更加堅定了繼續(xù)走水泥科研這條路的決心?！比窝┘t說。
前路不止 再啟綠色征途
科研的道路從未有過終點。在榮譽與成就面前，任雪紅和她的團隊沒有停下腳步，而是再次啟航，踏上了新的綠色征途。
任雪紅表示，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，摻雜離子直接影響熟料燒成的精準工藝參數(shù)，需要過程動力學數(shù)據(jù)的支持。下一步，團隊將結合工業(yè)生產(chǎn)工藝條件，在調控R型C3S/阿利特晶型穩(wěn)定存在于熟料中基礎上，進一步研究多離子作用下C3S/阿利特和熟料的形成過程動力學參數(shù)。
在任雪紅看來，走在科研的道路上，堅持不懈的精神、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、推動科學進步的創(chuàng)新思維，以及團隊合作和溝通能力都非常重要。但最重要的一點是要始終保持對科學的熱愛。任雪紅認為，創(chuàng)新思維是推動科學進步的核心動力，但對科學的熱愛和好奇心是驅動科研工作的原動力。對未知領域的探索欲望和對科學真理的追求，使得科研人員能夠在長期的艱苦工作中保持激情動力。
“綠色化、低碳化、高端化與數(shù)字化將是未來水泥工業(yè)重要發(fā)展方向，帶著對科學的熱愛與好奇，以及對水泥工業(yè)的美好憧憬，團隊還面向國家‘雙碳’戰(zhàn)略新需求，借鑒C3S/阿利特晶體結構創(chuàng)新理論，挖掘礦物降碳潛能，開展新型低碳水泥熟料新體系的創(chuàng)新研究。”
面對未來，任雪紅始終堅信，在科研的道路上，只要勇于破浪前行、無畏挑戰(zhàn)，就一定能在科研的征途中不斷取得新的突破和成就。
