科學家研製新型混凝土用酒精粘結沙粒更環保
東京大學生產技術研究所的科學家們,已經提出了一種能夠通過簡單的化學方法,讓混凝土生產更具可持續性的新途徑。作為世界上最常用的建築材料,混凝土的一大缺點,就是製造過程中使用的水泥具有相當大的碳足跡。好消息是,通過利用酒精和催化劑之間的反應將沙粒直接粘合到一起,新型無水泥混凝土樣品可實現巨大的環保效益。
通常情況下,混凝土骨料(主要由沙子、礫石、水泥組成)之間的關係,類似於通過膠水來固定。然而常見的波特蘭型水泥,對環境有著相當不利的影響。
傳統水泥需要通過高溫加熱,每公斤產生約2.2 磅的二氧化碳。考慮到每年的產量,水泥約佔全球二氧化碳排放量的8% 。
慶幸的是,近年來已有越來越多的研究團隊涉入該領域,希望找到更加節能、環保、且低成本的混凝土(水泥)替代配方,比如使用煤粉灰和鋼渣之類的廢料。
不過東京大學生產技術研究所的科學家們,已經提出了一種更加新奇的配方,特點是利用酒精與催化劑的反應,將沙粒直接粘合到一起。
研究一作Yuya Sakai 指出,新配方的關鍵,在於除去反應副產物(水),並通過持續反應來產生四烷氧基矽烷,最終實現沙粒的彼此結合。
為了找到最佳方案,研究團隊在銅容器中調配了數十種不同的配方(比如矽砂、乙醇、氫氧化鉀和2,2-二甲氧基丙烷的混合物),然後不斷調節各成分的體積比例和燃燒持續(24 / 36 / 48 / 72 小時)的溫度。
隨著反應的進行,可見到沙子能夠實現不同程度的粘結。在多次測試後,研究團隊終於得出了穩定且相對堅固的新型混凝土材料。遺憾的是,目前它的抗壓強度仍達不到預期中的傳統混凝土的水平。
後續研究團隊考慮開展更加嚴格的測試(而不單純用手來捏),並尋找使之更堅固的方法。
此外新型混凝土還有其它優點,比如較普通材料更加耐用,能夠經受化學和溫濕度等常見負面因素的洗禮。
當然也可嘗試將多種集料放在一起使用,包括不同粒徑的沙子、以及其它可能膨脹的材料。
感興趣的朋友,可留意後續在《Seisan Kenkyu》期刊上發表的完整研究報告。