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(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。

該技術利用煤炭生產(chǎn)廢棄物，并顯著降低混凝土生產(chǎn)對環(huán)境的影響，同時解決了兩個主要的環(huán)境問題。

西華大學土木與環(huán)境工程系副教授史先明和研究生徐剛開發(fā)了一種堅固耐用的混凝土，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)過程所排放的溫室氣體占全球總排放量的5%到8%。這是因為水泥，混凝土的關鍵成分，需要高溫和大量的能量來生產(chǎn)。

與此同時，粉煤灰，即煤塵燃燒后殘留的物質(zhì)，在美國已經(jīng)成為一個重要的廢物管理問題。超過50%的飛灰最終進入了垃圾填埋場，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，但他們還無法消除傳統(tǒng)上制造堅固材料所需要的強烈加熱方法。

“我們的生產(chǎn)方法不需要加熱或使用任何水泥，”徐說。

分子工程

這項工作也很重要，因為研究人員正在利用納米材料在分子水平上設計混凝土。

“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。

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，來控制粉煤灰與水的反應，并將活化的粉煤灰轉變成一種堅固的水泥狀材料。氧化石墨烯在粉煤灰和硅酸鈉和氧化鈣等化學活化劑的溶液中重新排列原子和分子。這個過程創(chuàng)造了一個鈣-鋁-硅酸鹽-水合物分子鏈與強結合原子形成無機聚合物網(wǎng)絡比(水合)水泥更持久。

幫助地下水，緩解洪水

該團隊設計的粉煤灰混凝土具有透水性，這意味著水可以通過它來補充地下水和減輕洪水的可能性。

研究人員已經(jīng)在WSU校園的試驗田中展示了材料在各種負荷和溫度條件下的強度和性能。他們?nèi)栽谶M行滲透測試，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專利技術商業(yè)化。

“經(jīng)過進一步的測試，我們想用這種混凝土建造一些結構，作為概念的證明，”徐說。