在甘肅省平?jīng)鋈A亭市某公司的生產(chǎn)車間里，一臺臺3D打印機正有條不紊地吞吐著混凝土漿料。漿料層層堆疊，如同編織毛線般，逐漸幻化出造型別致的景觀雕塑、堅固耐用的建筑墻體以及現(xiàn)代化的裝配式建筑構(gòu)件。

這些“打印”的建筑成品，其核心技術(shù)正源自蘭州理工大學(xué)土木與水利工程學(xué)院教授張宇及其團(tuán)隊的創(chuàng)新突破——實現(xiàn)新型建筑構(gòu)件的智能化預(yù)制，將工業(yè)廢渣等固廢“變廢為寶”，轉(zhuǎn)化為高性能工程材料，既有效補齊了西北地區(qū)生態(tài)脆弱的“短板”，又顯著降低了固廢填埋帶來的環(huán)境污染。

2021年6月，張宇從東南大學(xué)博士畢業(yè)時，不少南方企業(yè)和高校向他拋來橄欖枝?！爱?dāng)時兩校開展對口支援，導(dǎo)師計劃在蘭州理工大學(xué)籌建實驗室，和愛人商量后，我們一家人便毅然來到了這里?！睆堄钫f，“我希望能把混凝土3D打印技術(shù)帶到西北，為基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱的西北地區(qū)發(fā)展盡一份力?！?/p>

實際上，在國內(nèi)混凝土3D打印技術(shù)領(lǐng)域，張宇手握多個“第一”：他的導(dǎo)師張云升是國內(nèi)首個斬獲3D打印技術(shù)基金項目的科研者，他本人是國內(nèi)首位以混凝土3D打印技術(shù)為研究方向的博士，也是首個將該技術(shù)應(yīng)用于西北建筑領(lǐng)域的踐行者。

短短3年時間，張宇帶領(lǐng)團(tuán)隊成功破解了西北低溫環(huán)境下混凝土早期強度發(fā)展慢、抗鹽蝕性差的行業(yè)難題。同時，針對機制砂粒形差、級配不良、石粉含量高等痛點，團(tuán)隊聚焦機制砂特性對3D打印混凝土可打印性的影響規(guī)律，深入揭示其對流變性能的作用機制，創(chuàng)新提出材料復(fù)合調(diào)控技術(shù)。這項研究也成功獲批2023年國家自然科學(xué)基金青年項目。

2022年，時光志在一次會議上結(jié)識張宇，首次接觸到混凝土3D打印技術(shù)。2023年，他大膽決定將這項前沿技術(shù)投入實際應(yīng)用，使企業(yè)成為甘肅省內(nèi)首家試水混凝土3D打印技術(shù)的材料企業(yè)。

起初，這項技術(shù)主要用于各類景觀雕塑的打印——那些布滿蜂窩狀鏤空結(jié)構(gòu)的奇特造型，是傳統(tǒng)模板工藝難以企及的設(shè)計。隨著技術(shù)日漸成熟，混凝土3D打印技術(shù)逐步拓展至裝配式建筑、節(jié)能保溫材料等多個系列綠色產(chǎn)品的生產(chǎn)中。

“混凝土3D打印是以工業(yè)固廢、砂石、水泥等為原料，通過數(shù)字化技術(shù)預(yù)制新型建筑構(gòu)件，這是一種顛覆傳統(tǒng)的全新建筑模式。”時光志介紹，該技術(shù)生產(chǎn)的構(gòu)件更堅固耐用，既解放了人力，又大幅降低建造成本。企業(yè)也從一家普通材料企業(yè)，成功躋身行業(yè)內(nèi)專精特新“小巨人”企業(yè)行列，并榮獲“國家高新技術(shù)企業(yè)”稱號。

在推進(jìn)3D打印技術(shù)的同時，張宇團(tuán)隊將目光投向了另一重要方向：如何讓堆積如山的工業(yè)廢渣“變身”綠色建材。在他看來，這些堆積的固廢，正是開展研究的最佳“試驗田”與資源庫。

在導(dǎo)師指導(dǎo)下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊“深挖”鋼鐵、有色、煤炭等行業(yè)產(chǎn)生的各類廢渣，探索其資源化高值利用的新路徑。清水驛至傅家窯段是甘肅首條黃土路床鋼渣利用試驗段，這也是鋼渣作為改良摻合料應(yīng)用于黃土路床在甘肅省的首次實踐——試驗段路基填料以黃土為主，選用細(xì)粒徑鋼渣作為摻和料，嚴(yán)格按照試驗配比摻拌，減少了混合料拌和、運輸?shù)墓ぷ髁浚档土四芎?，還大幅節(jié)約施工成本、縮短建設(shè)工期。

這項技術(shù)突破讓鋼渣從“沉睡廢材”升級為“硬核鋪路石”。團(tuán)隊的探索不斷延伸至更高附加值領(lǐng)域。在華亭市，他們利用煤矸石與黏土化學(xué)成分相似的特點，研究其替代傳統(tǒng)黏土作為水泥原料的可行性；針對富含碳的煤氣化渣，則通過煅燒等工藝處理，嘗試與鋁礬土配比，用于生產(chǎn)建筑陶瓷原料，推動固廢向日常建材制造的深度轉(zhuǎn)化。

目前，張宇團(tuán)隊的多項創(chuàng)新成果已為西北地區(qū)的重大交通、水利、能源設(shè)施建設(shè)提供直接技術(shù)支撐，深度參與建設(shè)的“西北寒旱區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施長期性能省級野外科學(xué)觀測研究站”，正在成為積累寶貴原始數(shù)據(jù)、服務(wù)國家重大工程決策的重要科研平臺。

從鋼渣筑路、銅尾礦混凝土，到煤矸石水泥、氣化渣陶瓷，張宇團(tuán)隊以混凝土3D打印技術(shù)串起“科技—產(chǎn)業(yè)—綠色”的完整閉環(huán)，以科研足跡清晰勾勒出一條“以廢治害、以廢強基”的綠色路徑，為西北寒旱區(qū)工程建設(shè)注入了科技硬核。

“科研創(chuàng)新就是讓一些看似‘天方夜譚’的想法成為現(xiàn)實。”張宇說，團(tuán)隊正在瞄準(zhǔn)無人機3D打印建筑，目前該項目已成功申請國家基金，“讓結(jié)構(gòu)靈巧的機器人在數(shù)字化制造、人機協(xié)同及極端環(huán)境應(yīng)用中，解決更復(fù)雜多樣的科學(xué)難題?！保?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 16px; margin-bottom: 10px; line-height: 2em;">中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)記者 尹曉軍 通訊員 劉亞紅 王金枝）