《地平线:欧盟研究与创新》杂志 混凝土占全球温室气体排放量的8%，是世界上使用第二多的物质
信用:哈里·多纳/翁普拉什 混凝土已经成为无数建筑的首选建筑材料，如桥梁、塔楼和大坝
但它也有巨大的环境足迹，主要是因为水泥生产过程中的二氧化碳排放——水泥是其主要成分之一
研究人员现在正在用块根蔬菜和再生塑料在混凝土中进行实验，看看这是否能使它更坚固——更可持续——甚至为路灯或空气污染传感器供电
除了水，混凝土是世界上使用最广泛的物质
生产水泥是混凝土的一个关键组成部分，占全球二氧化碳排放量的8%
它包括在加热到约1400摄氏度的窑炉中燃烧大量矿物、贝壳、页岩和其他成分，而化石燃料通常被用作能源，从而产生二氧化碳排放
此外，产生熟料——作为水泥中间产品的小固体块——是高温化学反应的结果，该反应也是能量密集型的
“水泥行业正致力于降低化石燃料的碳排放和碳足迹。”
尼古拉·托希奇，西班牙巴塞罗那加泰罗尼亚理工大学研究员
“但是二氧化碳排放的化学部分是不可避免的，除非我们生产出(完全)不同类型的水泥
" 当水泥与水混合时，它形成一种糊状物，将沙子和碎石等骨料粘结在一起，使混凝土硬化，并赋予其强度和结构
让水泥变得更坚固以减少对环境的影响是一种策略
英国兰卡斯特大学的穆罕默德·萨菲教授和他的同事们正致力于实现这一目标，作为B-SMART项目的一部分
水泥需要与水结合，这样它就能附着在沙子和碎石上，并把它们粘合在一起
然而，在此过程中，并非所有水泥颗粒都会水合
“他们大多数人基本上仍然坐在那里，什么也不做，这是一种浪费，”教授说
Saafi
“如果我们能够强化这种水合机制，它的强度将会显著增加，因此我们可以使用更少的水泥
" 通过用工业废料如粉煤灰代替部分水泥，研究人员希望使混凝土更加可持续
荣誉:尼古拉·托希奇 根菜类 教授
萨菲和他的团队转向块根蔬菜寻求帮助
他们研究了加工成婴儿食品的胡萝卜废料，或者甜菜糖提取的残渣是否可以添加到水泥中来强化它
通过使用计算机模拟，他们能够看到由这些蔬菜制成的超薄薄片被扔进水泥浆中后会如何与水泥相互作用，观察它们对水泥水化及其产生的机械性能的影响
然后他们在实验室进行实验，试图验证他们模拟的结果
研究人员发现，加入植物废料制成的板材能够改善水泥的水化
这些板充当蓄水池，允许水到达更多的水泥颗粒，从而提高其粘结能力
“与此同时，一旦水合作用结束，一些胡萝卜纳米片会留在水泥中，使其结构非常坚固，”教授说
Saafi
“我们以前从未见过这种情况，这真是一个惊人的发现
" 在水泥中加入块根蔬菜也被发现有额外的好处
例如，对胡萝卜施加压力，可以产生电能，为小型发光二极管灯或电子设备供电
当胡萝卜纳米片被添加到水泥中时，教授
萨菲和他的同事发现，他们可以制造产生电力的混凝土
例如，如果用来建造一座桥梁，当汽车经过时，或者由于行人引起的振动或移动，就可以产生电力
“我们可以利用混凝土中的电能为发光二极管或路灯供电，”教授说
Saafi
“它还可以为传感器供电，以监测空气污染
" 混凝土产生的电力也能让人们洞察建筑的健康状况
例如，如果有裂缝，产生的电压会改变
因此，在建筑物或桥梁中安装一个监测设备来跟踪电力输出，有助于确定什么时候出现了问题，什么时候需要检查结构，从而防止灾难性的故障
该团队现在正在进行实地测试，看看他们能否用胡萝卜水泥建造出与实验室中观察到的性能相同的建筑
他们还打算在生产改性混凝土时使用现有工艺，以帮助降低成本
如果一切顺利，该团队预计他们的植物水泥可以将建造一个建筑所需的水泥量减少10千克每立方米混凝土
“希望在未来，我们可以更好地优化它，进一步减少水泥的用量(需要的)，”教授说
Saafi
用回收塑料制成的更坚固的水泥可以让建筑行业减少使用不可持续的加固部件，如钢材
荣誉:尼古拉·托希奇 粉煤灰 其他类型的废料正在测试，以制造更可持续的混凝土
工业副产品，如粉煤灰(煤燃烧后留下的一种精细的粉状材料)和高炉矿渣(钢铁生产中的颗粒状残留物)，可以部分替代水泥
“我们可以将水泥的用量减少30%到50%，并添加这些工业副产品，”博士说
托西奇正在探索这种方法，作为一个名为“绿色联邦共和国”的项目的一部分
该团队专注于生产城市环境中使用的纤维增强混凝土，例如制造人行道和建筑物
他们将对不同的混凝土混合物进行试验，以找到从可持续发展的角度来看是最佳的，并且不会损害机械性能的混合物
数学模型最初将用于根据其成分预测绿色混凝土的性能，随后将进行实验室测试
“我们预计它们的行为将不同于典型的传统混凝土，”博士说
托希奇
将塑料掺入混凝土也很有趣
回收的塑料纤维最终可能会被用来增强水泥的强度，或许可以减少不可持续的成分，比如用来加固水泥的钢材
自该项目于2020年初启动以来，该团队一直在将不同数量和类型的聚丙烯塑料纤维掺入混凝土中，并测试其长期表现
混凝土在恒定载荷下会随着时间的推移不断变形，所以他们想知道当它的成分改变时，它的表现如何
“我们需要能够预测这一点，”博士说
托希奇
很快，该团队也将开始研究如何使用某些粘土来部分替代混凝土中的水泥
水泥还有一个额外的环境足迹，来源于制造水泥所需的自然资源，如粘土和矿物
但是使用石灰石钙粘土代替可能是一个更可持续的选择，因为它比用于制造传统水泥的其他天然材料以及工业副产品等其他替代品丰富得多
医生
托西奇认为，他们的绿色混凝土将首先用于路面、隧道衬砌和建筑外墙板，这比建筑等结构需要更少的钢筋
一些建筑公司已经对这个项目产生了兴趣，为他们的实验提供免费材料
“在过去的一年里，我们注意到建筑公司正在改变或转变思维方式。”
托希奇
“他们认识到可持续发展对他们来说是必要的，否则他们将失去市场
"
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