研究人員利用煤炭廢料制造出可持續(xù)的混凝土

華盛頓州立大學(xué)(Washington State University)的研究人員已經(jīng)創(chuàng)造出一種可持續(xù)的混凝土替代品，以取代使用粉煤灰的傳統(tǒng)混凝土。粉煤灰是燃煤發(fā)電產(chǎn)生的廢棄物。

該技術(shù)利用煤炭生產(chǎn)廢棄物，并顯著降低混凝土生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)解決了兩個(gè)主要的環(huán)境問(wèn)題。

西華大學(xué)土木與環(huán)境工程系副教授史先明和研究生徐剛開(kāi)發(fā)了一種堅(jiān)固耐用的混凝土，這種混凝土使用粉煤灰作為粘合劑，避免了使用環(huán)境密集型水泥。他們的研究成果發(fā)表在8月份的《燃料》雜志上。

減少能源需求，減少溫室氣體排放

傳統(tǒng)的混凝土是由水泥和沙礫混合制成的，其生產(chǎn)過(guò)程所排放的溫室氣體占全球總排放量的5%到8%。這是因?yàn)樗?，混凝土的關(guān)鍵成分，需要高溫和大量的能量來(lái)生產(chǎn)。

與此同時(shí)，粉煤灰，即煤塵燃燒后殘留的物質(zhì)，在美國(guó)已經(jīng)成為一個(gè)重要的廢物管理問(wèn)題。超過(guò)50%的飛灰最終進(jìn)入了垃圾填埋場(chǎng)，很容易滲入附近的環(huán)境。

雖然一些研究人員已經(jīng)在混凝土中使用了粉煤灰，但他們還無(wú)法消除傳統(tǒng)上制造堅(jiān)固材料所需要的強(qiáng)烈加熱方法。

“我們的生產(chǎn)方法不需要加熱或使用任何水泥，”徐說(shuō)。

分子工程

這項(xiàng)工作也很重要，因?yàn)檠芯咳藛T正在利用納米材料在分子水平上設(shè)計(jì)混凝土。

“為了可持續(xù)發(fā)展建筑業(yè)，我們需要利用納米材料的‘自下而上’能力，”史說(shuō)。

研究小組使用了氧化石墨烯，一種最近發(fā)現(xiàn)的納米材料，來(lái)控制粉煤灰與水的反應(yīng)，并將活化的粉煤灰轉(zhuǎn)變成一種堅(jiān)固的水泥狀材料。氧化石墨烯在粉煤灰和硅酸鈉和氧化鈣等化學(xué)活化劑的溶液中重新排列原子和分子。這個(gè)過(guò)程創(chuàng)造了一個(gè)鈣-鋁-硅酸鹽-水合物分子鏈與強(qiáng)結(jié)合原子形成無(wú)機(jī)聚合物網(wǎng)絡(luò)比(水合)水泥更持久。

幫助地下水，緩解洪水

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的粉煤灰混凝土具有透水性，這意味著水可以通過(guò)它來(lái)補(bǔ)充地下水和減輕洪水的可能性。

研究人員已經(jīng)在WSU校園的試驗(yàn)田中展示了材料在各種負(fù)荷和溫度條件下的強(qiáng)度和性能。他們?nèi)栽谶M(jìn)行滲透測(cè)試，并使用埋在混凝土下的傳感器收集數(shù)據(jù)。他們最終希望將這項(xiàng)專利技術(shù)商業(yè)化。

“經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的測(cè)試，我們想用這種混凝土建造一些結(jié)構(gòu)，作為概念的證明，”徐說(shuō)。