3D打印“点废成金”

在甘肃省平凉华亭市某公司的生产车间里，一台台3D打印机正有条不紊地吞吐着混凝土浆料。浆料层层堆叠，如同编织毛线般，逐渐幻化出造型别致的景观雕塑、坚固耐用的建筑墙体以及现代化的装配式建筑构件。

这些“打印”的建筑成品，其核心技术正源自兰州理工大学土木与水利工程学院教授张宇及其团队的创新突破——实现新型建筑构件的智能化预制，将工业废渣等固废“变废为宝”，转化为高性能工程材料，既有效补齐了西北地区生态脆弱的“短板”，又显著降低了固废填埋带来的环境污染。

2021年6月，张宇从东南大学博士毕业时，不少南方企业和高校向他抛来橄榄枝。“当时两校开展对口支援，导师计划在兰州理工大学筹建实验室，和爱人商量后，我们一家人便毅然来到了这里。”张宇说，“我希望能把混凝土3D打印技术带到西北，为基础设施相对薄弱的西北地区发展尽一份力。”

实际上，在国内混凝土3D打印技术领域，张宇手握多个“第一”：他的导师张云升是国内首个斩获3D打印技术基金项目的科研者，他本人是国内首位以混凝土3D打印技术为研究方向的博士，也是首个将该技术应用于西北建筑领域的践行者。

短短3年时间，张宇带领团队成功破解了西北低温环境下混凝土早期强度发展慢、抗盐蚀性差的行业难题。同时，针对机制砂粒形差、级配不良、石粉含量高等痛点，团队聚焦机制砂特性对3D打印混凝土可打印性的影响规律，深入揭示其对流变性能的作用机制，创新提出材料复合调控技术。这项研究也成功获批2023年国家自然科学基金青年项目。

2022年，时光志在一次会议上结识张宇，首次接触到混凝土3D打印技术。2023年，他大胆决定将这项前沿技术投入实际应用，使企业成为甘肃省内首家试水混凝土3D打印技术的材料企业。

起初，这项技术主要用于各类景观雕塑的打印——那些布满蜂窝状镂空结构的奇特造型，是传统模板工艺难以企及的设计。随着技术日渐成熟，混凝土3D打印技术逐步拓展至装配式建筑、节能保温材料等多个系列绿色产品的生产中。

“混凝土3D打印是以工业固废、砂石、水泥等为原料，通过数字化技术预制新型建筑构件，这是一种颠覆传统的全新建筑模式。”时光志介绍，该技术生产的构件更坚固耐用，既解放了人力，又大幅降低建造成本。企业也从一家普通材料企业，成功跻身行业内专精特新“小巨人”企业行列，并荣获“国家高新技术企业”称号。

在推进3D打印技术的同时，张宇团队将目光投向了另一重要方向：如何让堆积如山的工业废渣“变身”绿色建材。在他看来，这些堆积的固废，正是开展研究的最佳“试验田”与资源库。

在导师指导下，他带领团队“深挖”钢铁、有色、煤炭等行业产生的各类废渣，探索其资源化高值利用的新路径。清水驿至傅家窑段是甘肃首条黄土路床钢渣利用试验段，这也是钢渣作为改良掺合料应用于黄土路床在甘肃省的首次实践——试验段路基填料以黄土为主，选用细粒径钢渣作为掺和料，严格按照试验配比掺拌，减少了混合料拌和、运输的工作量，降低了能耗，还大幅节约施工成本、缩短建设工期。

这项技术突破让钢渣从“沉睡废材”升级为“硬核铺路石”。团队的探索不断延伸至更高附加值领域。在华亭市，他们利用煤矸石与黏土化学成分相似的特点，研究其替代传统黏土作为水泥原料的可行性；针对富含碳的煤气化渣，则通过煅烧等工艺处理，尝试与铝矾土配比，用于生产建筑陶瓷原料，推动固废向日常建材制造的深度转化。

目前，张宇团队的多项创新成果已为西北地区的重大交通、水利、能源设施建设提供直接技术支撑，深度参与建设的“西北寒旱区公路基础设施长期性能省级野外科学观测研究站”，正在成为积累宝贵原始数据、服务国家重大工程决策的重要科研平台。

从钢渣筑路、铜尾矿混凝土，到煤矸石水泥、气化渣陶瓷，张宇团队以混凝土3D打印技术串起“科技—产业—绿色”的完整闭环，以科研足迹清晰勾勒出一条“以废治害、以废强基”的绿色路径，为西北寒旱区工程建设注入了科技硬核。

“科研创新就是让一些看似‘天方夜谭’的想法成为现实。”张宇说，团队正在瞄准无人机3D打印建筑，目前该项目已成功申请国家基金，“让结构灵巧的机器人在数字化制造、人机协同及极端环境应用中，解决更复杂多样的科学难题。”（中国教育报-中国教育新闻网记者 尹晓军 通讯员 刘亚红 王金枝）