斯坦福大学发明低碳水泥 原材料由石灰石换成火山岩

2021年06月10日 14:23 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

水泥生产中臭名昭著的巨大碳足迹是研究人员寻求解决气候变化问题的主要目标,我们已经看到这可能涉及到对配方的各种调整。斯坦福大学的科学家们展示了另一种方法,用零碳火山岩替代波特兰水泥中的麻烦石灰石,这可能有助于加强成品。

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石灰石是生产波特兰水泥的一种关键成分,但为此需要从地球上提取岩石,将其粉碎,然后与其他材料一起在极高的温度下烘烤。这个过程本身就产生了混凝土生产中三分之一以上的碳排放,但石灰石所带来的的环境问题还不止于此。

除了开采、加工和加热石灰石所涉及的大量能源外,岩石在经过处理并变成熟料时也会释放其储存的碳:小块的熟料会被磨成水泥粉,如果不这么做,这些碳原本会被锁住数亿年,而其释放是混凝土生产的整体碳足迹的另一个主要贡献者。

在地球物理学副教授Tiziana Vanorio的领导下,斯坦福大学的科学家们一直在研究一种替代方法。该团队的水泥原型完全摒弃了石灰石,而是改用火山岩,火山岩也可以用来制造熟料,而熟料又可以与热水混合来生产水泥。虽然这仍将涉及同样的能源密集型工序,但火山岩不包含任何碳,而这些碳将作为该过程的一部分被释放。

这种生产水泥的方法还有一些潜在的好处,它与古罗马的无筋混凝土有关系。当由火山岩制成的熟料与热水混合时,它鼓励形成由交织的分子链组成的缠结纤维。这类结构可以在热液环境中发现,在这种环境中,极热的水靠近地表,使岩石和水泥在高温下一起反应。更有名的是,这些结构也可以在经受了2000年海水冲击的混凝土罗马港湾中看到。

我们已经看到研究人员探索罗马混凝土令人难以置信的特性,希望能改善出现代版本的性能。X光检查展示了海水如何溶解火山灰并产生晶体来堵塞材料中的孔洞,从而随着时间的推移实际加强它,科学家们甚至发现日本的核反应堆的墙壁也有类似的过程。

科学家们希望以类似于岩石在热液环境中自然胶结的方式形成他们的低碳混凝土,并使用先进的工具来研究加固材料的微小结构。了解产生这些加固的岩石和古罗马混凝土的条件,可能会导致现代版本的混凝土性能更强,且不需要用钢筋加固。

这项研究发表在《建筑与建材》杂志上。

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