一、研究依托机构：考纳斯工业大学（Kaunas University of Technology，KTU）完整背景

1. 院校基础概况

考纳斯工业大学（KTU）坐落于立陶宛第二大城市考纳斯，是波罗的海地区顶尖公立工科院校，建校于1922年，官网：www.ktu.edu。

学校土木工程与建筑学院是欧洲低碳建材、地质聚合物材料核心科研平台，长期承接欧盟循环经济、碳中和专项科研项目，聚焦建筑垃圾、工业固废高值化再生建材研发。

学校土木工程学科在东欧建材材料领域排名前列，拥有独立建筑材料性能实验室、高温耐火测试平台，配套全套800℃-1200℃高温炉、抗压强度检测仪、微观结构电镜分析设备，可完整完成建材高温耐久、力学性能全流程检测。

2. 院校科研定位

考纳斯工业大学（KTU）建材研究团队长期攻克传统水泥高碳排放缺陷，深耕碱激发地质聚合物赛道，核心方向为废弃砖瓦、玻璃工业废渣、冶金固废制备低碳替代胶凝材料。

本次耐火固废基地质聚合物砂浆研究，是考纳斯工业大学（KTU）2024-2026欧盟循环建筑材料项目核心成果，论文发表于国际权威期刊《Scientific Reports》，同时正在申报欧洲发明专利。

二、本项研究完整科研团队背景

1. 核心研发团队人员（隶属于KTU土木工程与建筑学院）

  1. 达努特·瓦伊丘基涅涅（Danutė Vaičiukynienė）教授，项目总负责人
    团队首席科学家，拥有近30年无机胶凝材料、固废资源化研究经验，发表百余篇SCI学术论文，手握5项建材相关专利，长期指导地质聚合物方向博士课题。主要负责整体实验方案设计、高温性能机理分析、工业化落地可行性论证。
  2. 马丁纳斯·斯塔特考斯卡斯（Martynas Statkauskas），论文第一作者
    博士研究生，全程主导原料配比梯度实验、800℃高温耐火测试、骨料性能对比试验，完成全部数据建模与微观结构观测。
  3. 奥德留斯·格里尼斯（Audrius Grinys），材料检测专家
    负责高温炉实验、抗压强度检测、材料微观形貌电镜分析，验证高温下材料内部结构变化规律。
  4. 维陶塔斯·博库洛（Vytautas Bocullo）
    博士研究员，前期完成固废基地质聚合物基础配方研发，为本项耐火改良研究提供底层原料体系支撑。

2. 团队研究初衷与核心痛点

全球建筑行业依赖波特兰水泥混凝土，水泥煅烧需1400℃高温，碳排放占全球总CO₂排放7%-8%，碳中和压力巨大；同时传统普通混凝土高温缺陷显著：温度超过400℃后内部水化产物分解、出现大面积开裂、强度断崖式下跌，隧道、锅炉、工业窑炉等高温场景必须额外铺设厚重耐火保护层，施工成本高、自重巨大。

另一方面，城市拆迁产生海量废弃陶瓷砖瓦、玻璃厂偏高岭土废渣，大多填埋堆积，占用土地并带来土壤污染。团队立足两大行业痛点，提出全固废原料、零波特兰水泥、耐高温的地质聚合物砂浆方案，打通建筑垃圾、工业废渣到耐火建材的循环利用链路。

三、传统耐火建材现存短板

  1. 普通硅酸盐混凝土：400℃以上力学性能严重衰减，800℃高温后抗压强度损失超70%，结构开裂、剥落，无法长期用于热源周边；
  2. 商用耐火水泥：依旧依赖高碳熟料，生产成本高，天然耐火骨料开采破坏生态；
  3. 常规地质聚合物材料：多数配方仅适配常温环境，高温循环后易收缩开裂，缺少针对工业高温场景优化的骨料体系；
  4. 行业共性难题：全球地质聚合物材料缺少统一施工、耐火性能规范标准，限制规模化商用。

四、新型固废耐火地质聚合物混凝土（砂浆）核心原料体系

该材料完全不添加波特兰水泥，全部原料来自建筑与工业废弃物，分为胶凝前驱体、碱性激发剂、耐高温细骨料三大组分：

1. 胶凝前驱体（核心固废原料）

1）拆迁废弃陶瓷砖废料：城市拆除工地产生的碎陶瓷砖瓦，破碎筛分后提供硅、铝元素，是地质聚合物网状结构核心来源；
2）玻璃厂偏高岭土废渣：立陶宛本地膨胀玻璃加工厂工业副产废料，富含活性高岭石，大幅提升材料高温稳定性。

2. 碱性化学激发剂

采用8mol/L硅酸钠+氢氧化钠混合碱液，常温即可激发固废原料中的硅铝活性组分，低温聚合形成稳定无机矿物网络，无需1400℃高温煅烧。

3. 耐高温细骨料（五组对照筛选最优组合）

团队对比5种骨料：天然河沙、花岗岩、玄武岩、陶瓷废料、刚玉；最终确定陶瓷废料+刚玉复配骨料为最优方案，可抑制高温收缩、防止裂纹产生，是材料耐受800℃高温的关键。

五、完整制备工艺流程（低能耗、常温成型）

  1. 固废预处理
    废弃陶瓷砖破碎、筛分至标准粒径；玻璃厂偏高岭土废渣直接收集，无需高温煅烧；两类固废按固定质量比例混合均匀，得到复合前驱粉体。
  2. 碱激发拌合
    向混合粉体加入复配碱性激发剂，低速搅拌形成可施工砂浆，全程常温环境，无需加热。
  3. 常温养护成型
    浇筑模具后室温静置固化，仅需低温（60-80℃）短时间养护即可达到基础强度，对比水泥熟料千度煅烧能耗下降90%以上。
  4. 高温工况稳定化
    投入800℃高温环境后，材料内部发生二次缩聚反应，硅铝网络结构进一步致密化，强度不降反升。

六、核心性能测试成果（800℃高温耐火核心突破）

1. 力学强度优势

1）800℃恒温烘烤后，最优配方样品抗压强度可达53MPa，远超常规混凝土；
2）传统普通混凝土经800℃高温后强度仅剩原有20%-30%，出现贯穿裂缝、表层剥落；
3）多次冷热循环测试：反复升降温后材料强度持续小幅提升，无开裂、粉化现象，热稳定性远超市面耐火砂浆。

2. 微观结构耐高温机理

高温下材料内部无含水水化产物分解，硅铝氧三维网状矿物骨架稳定存在；复配陶瓷、刚玉骨料抵消材料热收缩，避免裂隙生成，从微观层面杜绝高温结构破坏。

3. 环保指标

1）零波特兰水泥，直接削减建材生产70%以上碳排放；
2）100%利用建筑垃圾、工业废渣，解决固废填埋污染问题；
3）制备全程低温，无高能耗煅烧工序，能源消耗大幅降低。

七、材料核心应用场景

该固废耐火地质聚合物砂浆适配所有长期接触高温、存在火灾风险的工程场景：

  1. 交通基建：公路、铁路隧道衬砌、隧道防火保护层；
  2. 重工业厂区：锅炉基座、反应釜内衬、熔炉地坪、高温设备防护墙体；
  3. 市政与能源：工厂烟囱、热力管道保护层、垃圾焚烧炉内衬；
  4. 建筑防火：高层建筑防火隔墙、高温车间耐火地坪。

八、本项材料综合价值

（一）循环经济价值

打通“建筑拆除废料/工业废渣→耐火建材”完整闭环，实现废弃物资源化，减少固废填埋土地占用，降低城市固废处理成本，契合欧盟、全球碳中和循环经济发展目标。

（二）工程经济价值

  1. 原料免费/低价：陶瓷砖废料、玻璃厂废渣均为工业废弃物，企业处理废渣可收取处置补贴，大幅降低原材料成本；
  2. 施工便捷：砂浆流动性良好，可直接抹面、浇筑，无需复杂高温预制工序；
  3. 全生命周期耐久：耐高温、抗热震，后期维护修复成本远低于传统耐火混凝土。

（三）低碳环保价值

从源头规避水泥生产高碳排放，同时材料本身耐火性能优异，火灾场景下不会释放有毒烟气，兼具碳减排与消防安全双重优势。

九、现阶段发展短板与团队后续优化规划

1. 当前落地制约因素

1）行业标准空白：全球暂无地质聚合物耐火建材统一设计、施工规范，设计院、施工单位应用门槛高；
2）规模化供应链不完善：建筑垃圾分类、集中破碎回收体系尚未普及，大规模量产原料供给稳定性不足；
3）碱性激发剂存在轻微腐蚀性，施工需配套基础防护措施。

2. 团队后续研发计划

  1. 配方迭代：研发低碱、无腐蚀性生物基激发剂，降低施工安全门槛；
  2. 工业化中试：联合立陶宛本地建材企业搭建生产线，完成隧道、工厂实地示范工程；
  3. 标准共建：联合欧洲建材协会，推动固废基地质聚合物耐火材料行业标准编制；
  4. 产品拓展：开发轻质耐火砌块、高温修补砂浆系列衍生产品，拓宽应用场景。

十、研究行业意义总结

立陶宛考纳斯工业大学（KTU）研发的全工业废弃物耐火地质聚合物砂浆，突破了传统混凝土高温失效、高碳排放两大核心瓶颈。依托完整的高温对照实验、多组骨料配比筛选，该材料实现“固废原料、低碳生产、800℃稳定耐火、循环再生”多重优势。

在全球建材行业低碳转型、城市固废处理压力加剧的背景下，这项技术为隧道、重工业高温设施提供全新绿色耐火建材解决方案，为全球循环经济耐火材料研发提供可复制的技术范式，推动地质聚合物材料从实验室走向工程规模化落地。