《城市故事》第3期 | 石家庄至济南的高铁施工线停摆——小小的白色颗粒尽显守护工程安全的“她”力量

隆冬时节的华北平原，石家庄至济南的高铁施工线上，混凝土泵车频繁堵管，换了人、调了配比，问题始终无解。工期一拖再拖，项目经理急得团团转。

天还没亮，刘娟红教授就赶上头班火车前往现场。盯着拌制混凝土看了很久。她发现一个细节：粉煤灰里混着一些白色的小颗粒。直觉告诉她，问题就藏在这里。换上新粉煤灰后，混凝土立刻恢复流动。困扰工程几个月的难题，被一个细节破案了。事后化验证实了她的判断，粉煤灰中混入了氧化钙，水化太快，导致了混凝土坍落度降低以及坍落度损失太太。一个小小的白色颗粒，差点让一条高铁线停摆。

当前，我国城市发展正从大规模建设转向存量提质与增量结构调整并重的新阶段，未来城市的韧性与安全，不仅取决于看得见的地标建筑，更取决于看不见的工程源头——每一方材料的品质、每一个结构的耐久、每一处工程的治理。源头之重，重在材料品质；源头之深，深在千米地下；源头之难，难在极限挑战。

我国基础设施建设规模巨大，砂石年用量超200亿吨，机制砂石已成为主力料源。然而，由于制备技术不足，机制砂石质量参差不齐，严重威胁工程质量，从根本上提升机制砂石的质量是砂石产业亟待解决的重大问题。

“砂石是混凝土的骨架，骨架不牢，大厦何安？”面对这一行业痛点，未来城市学院教授刘娟红带领团队历经十余年攻关，建立了高品质机制砂石的新技术与标准体系。这套体系相关技术与专利不仅被写入GB/T14684《建设用砂》和GB/T14685《建设用碎石、卵石》两项国家标准，为国家标准的修订奠定了关键基础，还被采纳为十部委联合发布的《推进机制砂石行业高质量发展的若干意见》的重要技术支撑，引领砂石产业向绿色高质量方向迈进。

川藏铁路洞渣制备高品质砂石骨料生产线控制中心

如今，高品质机制砂石关键技术已应用于新疆、浙江、山东、云南、贵州、西藏等地50余项国家重大工程中，并与中国水利水电第九工程局有限公司合作，在中国“华龙一号”反应堆防城港、太平岭核电工程中，成功解决了混凝土开裂难题，为国家核电安全筑起了第一道材料防线。

近年来，我国对矿产资源的需求急速增长，浅部资源逐渐枯竭，开发深部资源成为化解资源紧缺的唯一途径。

山东莱州纱岭金矿，主井深度超过1500米，是中国第一深井——那里埋藏着宝贵的金矿资源，也埋藏着巨大的挑战。第一个挑战来自大地本身。深部地层应力高、水压大、温度高、腐蚀离子浓度高，普通混凝土在这样的环境下，就像血肉之躯对抗千钧之力，根本撑不住。刘娟红团队历经数年攻关，研发了一种适用于超深井的低冲击倾向性高强高韧性混凝土材料。没想到，真正的难关刚刚开始。

新材料没有先例，标准规范里查不到，设计单位不敢签字，施工单位不敢接手。“万一出了问题，谁负责？”当时，刘娟红团队几乎是“单兵作战”，甲方同意井下浇筑，但混凝土材料由团队提供，现场制备也由团队负责。这意味着，她们不仅要交出配方，还要自己当“施工队”。

为让科研成果尽快落地，保证深地工程结构的服役安全，刘娟红带领团队成员把400吨原材料运到现场，冒着炎热酷暑，将一袋袋原材料、外加剂按照配方称量、倒入搅拌机，操控仪器搅拌，再一斗一斗输送到千米井下。手工操作，400吨原料，制备成120多方混凝土，持续了三天三夜。

2020年9月，这种高韧性超深井专用混凝土在纱岭金矿进风井马头门处成功应用。拆模后，混凝土表面密实、平整光洁如镜。通过浇筑前埋入的应变计和测量锚杆实时测定，该混凝土温度应力低、变形小，完全满足设计要求，大大降低井下作业人员的安全隐患。

从大地深处的考验，到标准规范的壁垒，再到现场施工的艰辛——这道深埋地下的难题，终于被她们一点一点攻克。这项成果，不仅让中国第一深井有了坚实的“内衬”，更为东部滨海区域深部矿产资源高效开发提供了关键支撑，让井下作业人员的安全多了一重保障。

金属尾矿是我国堆存量最大的固体废弃物，不仅占用大量土地，还对生态环境构成严重威胁。其中，细粒级金属尾矿颗粒极细、处理难度大，更是矿业界公认的最难啃的“硬骨头”。

为什么难？因为细粒尾矿天生有两个“毛病”：一是活性低，不会像粉煤灰、矿渣粉那样发生二次水化反应产生强度；二是吸附性强，把水牢牢吸住不放，根本无法直接利用。这两个问题不解决，尾矿就永远是尾矿，永远堆在那里。

面对这两大技术瓶颈，刘娟红和团队没有退缩。经过反复探索，他们找到了一套行之有效的办法：给尾矿颗粒“穿上一层特殊的外衣”，改变它的表面性质，让它不再“死性”，变得愿意与其他材料结合。这样一来，原本难以利用的尾矿，终于可以被真正用起来了。更关键的是，他们在此基础上开发出了可以完全替代水泥的新型胶凝材料，仅这一项技术，就让矿山充填的材料成本降低了三成以上——既解决了尾矿堆存问题，又降低了工程成本，一举两得。

刘娟红教授固废资源化利用团队

如今，这些技术已经走出实验室，让金属尾矿真正走进了各类建设工程和矿山充填的现场——曾经的废弃物，正在成为工程一线的“香饽饽”。2015年，第一条金属尾矿资源化利用生产线在福建建成投产；2021年，她与相关企业创办合伙企业，至2025年底，共建设16条尾矿资源化利用生产线，其中国内生产线遍及长江以南8个省，更在塞尔维亚建成海外生产线。这些生产线年处理金属尾矿超2500万吨，占全国金属尾矿资源化利用领域90%以上份额。

曾经的废石山，变成了建材仓。产品应用于土木、水利、铁路、矿业等50余项工程，真正实现了点“废”成金、变废为宝。

合作企业的金属尾矿资源化利用生产线投产

刘娟红，北京科技大学未来城市学院教授，享受国务院政府特殊津贴，主持国家自然科学基金重点项目、面上项目、国际（地区）合作与交流项目，承担国家重点研发计划、省部级项目和横向课题100余项，近五年获省部级科技进步奖一等奖4项、二等奖5项。她用38年的坚守，始终锚定一个信念：把好工程的第一道关口，从源头守护城市安全。从尾矿治理到超高层泵送，从千米深井到崭新机场，她和团队把论文写在祖国大地上，把成果嵌入城市肌理中，是绽放在守护工程安全一线的铿锵玫瑰。

“坚持教书育人为国，科技创新为民，把论文写在祖国大地上。”这是刘娟红教授科研人生的真实写照。在传统观念里，土木工程常被贴上“适合男生”的标签，但刘娟红用38年的坚守证明：工程领域从不问性别，只问初心与坚持。她常对学生说：“做土木，不是要跟谁比力气，而是要比谁更有耐心、更细心、更懂得倾听材料的声音。”从工地上风里来雨里去的奔波，到实验室里无数次的试错与等待，她以女性特有的坚韧与细腻，在钢筋混凝土的世界里闯出了一片天地。

38年来，从千米深井到百米高空，从水电核电站到地铁线，从尾矿库到新机场——刘娟红用一斗斗混凝土，浇筑出国家重大工程的安全基石，也用一项项创新技术，守护着城市的每一寸土地、每一条生命线。