“绿色”混凝土

长期以来, 人们对混凝土进行了大量的研究工作, 但大多是为了满足人类对混凝土材料性能的需求。而考虑自然环境的因素, 使混凝土的生产和使用有利于环境保护和生态平衡的研究很少。全世界每年生产超过200亿吨混凝土，其制造过程中会产生占全球总量5％至10％的二氧化碳，对环境的影响巨大。

近年来，很多研究人员都开始研究更有利于环境发展的混凝土。粉煤灰成为了研究人员眼中的“有力工具”。粉煤灰是燃煤发电厂的副产品，是从燃煤电厂煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰。这种材料可以被回收利用，而混凝土是回收粉煤灰的主要用途之一。

下面就来看两个例子，看看研究人员是怎么利用粉煤灰来使混凝土更绿色环保。

用粉煤灰制造粘合剂

莱斯大学的工程师开发了一种粉煤灰复合粘合剂。用这种粘合剂制造的混凝土将完全区别于传统的硅酸盐水泥混凝土，更为环保绿色。使用粉煤灰粘结剂不需要再对水泥进行高能耗处理，并且只需要使用很少一部分的用于硬化水泥的钠基活化化学品。因此，使用粉煤灰粘合剂可以减少混凝土生产过程中的碳排放，并且还可以使混凝土结构更坚固、更耐腐蚀。

电子显微镜图像显示了莱斯大学工程师用于制造无粘结剂混凝土的C型粉煤灰球形颗粒。图片来源：Multiscale Materials Laboratory

莱斯大学的研究人员在实验中不断加大粉煤灰的比例，并最终确定了粘合剂材料比例：80％的粉煤灰、5％的钠基活化剂及少量的纳米二氧化硅和氧化钙。研究人员强调，他们使用的粉煤灰类型与其他项目使用的F型粉煤灰不同。F型煤灰含硅和铝较多，而莱斯大学团队使用的C型则富含钙较多。

 “过去的大部分工作集中在对所谓的F型粉煤灰上，这种粉煤灰大部分源于发电厂燃烧无烟煤，含钙量低。但在全球范围内，褐煤或次烟煤等燃烧会产生高钙或C型粉煤灰。我们的工作为此类高钙粉煤灰进行经济高效的再利用提供了一条可行方案，同时为混凝土的环保发展铺平道路。”研究人员表示，“更可喜得是，使用粉煤灰粘结剂制成的混凝土在七天后便具有16.18MPa的抗压强度，与用硅酸盐水泥制成的混凝土相当。”

使用氧化石墨烯对粉煤灰进行改造

华盛顿州立大学研究团队也认为有效利用粉煤灰将大大减轻混凝土制造过程中对环境产生的伤害。他们使用氧化石墨烯来改变粉煤灰的分子结构，并将活化的粉煤灰运用于制造坚固的水泥材料。

图片来源：WSU

研究员表示，他们研发的新型煤灰混凝土不仅能减少温室气体排放，且该混凝土能够透水，有助于地下水形成并减轻洪水。研究人员已经在各种负荷和温度条件下进行渗透测试，并使用埋在混凝土下的传感器收集数据。他们最终希望将这种绿色环保的混凝土专利技术商业化。

参考文献：

 Sung Hoon Hwang et al. High calcium cementless fly ash binder with low environmental footprint: Optimum Taguchi design, Journal of the American Ceramic Society (2018). DOI: 10.1111/jace.15873

https://phys.org/news/2018-06-cementless-ash-binder-concrete-green.html

https://techxplore.com/news/2018-07-coal-sustainable-concrete.html

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