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绿色水泥距离改变建筑排放标准更近了一步

2019-11-20 11:57:35

混凝土是使用最广泛的人造材料,通常用于建筑物,道路,桥梁和工业厂房。但是生产混凝土所需的波特兰水泥占全球温室气体排放量的5-8%。有一种对环境更加友好的水泥,称为MOC(氯氧化镁水泥),但其耐水性差,直到现在仍限制了其使用。我们已经开发了一种耐水MOC,这是一种“绿色”水泥,可以大大减少建筑行业的排放并使其更具可持续性。

在澳大利亚生产一吨常规水泥会排放约0.82吨二氧化碳(CO 2)。由于产生水泥的化学反应会释放大部分CO 2,因此不易减少排放。相反,MOC是碳中性的水泥的另一种形式。

MOC到底是什么?

MOC是通过将两种主要成分混合而成的:氧化镁(MgO)粉末和浓氯化镁(MgCl 2)溶液。这些是镁开采的副产品。

包括中国和澳大利亚在内的许多国家都有丰富的菱镁矿资源以及海水,从中可以同时获得MgO和MgCl 2。

此外,MgO可以从大气中吸收CO 2。这使MOC成为真正的绿色碳中和水泥。

与常规水泥相比,MOC还具有许多优越的材料性能。

抗压强度(抗压缩能力)是水泥等建筑材料最重要的材料性能。MOC的抗压强度比常规水泥高得多,而且这种令人印象深刻的强度可以很快实现。MOC的快速设置和早期的强度增加对于施工非常有利。

尽管MOC有很多优点,但到目前为止,它的耐水性差。长时间与水或湿气接触会严重降低其强度。这个严重的缺点使其只能用于室内应用,例如地砖,装饰板,隔音板和隔热板。

在过去的一个世纪中,水泥产量的增长带来了全球二氧化碳的排放(置信区间为95%)。图片来源:水泥生产的全球二氧化碳排放量,安德鲁·R。(2018),CC BY

防水性如何发展?

自2017年以来(她在堪培拉新南威尔士大学工作)以来,由张一霞(萨拉(Sarah)张)领导的一组研究人员一直在致力于开发防水MOC。

为了提高防水性能,该团队向MOC中添加了工业副产品,例如粉煤灰和硅粉以及化学添加剂。

粉煤灰是煤炭行业的副产品,在澳大利亚有很多。加入粉煤灰显着提高了MOC的耐水性。在水中浸泡28天后,弯曲强度(抗弯曲能力)得以完全保留。

为了进一步保持在水侵蚀下的抗压强度,研究小组添加了硅粉。硅粉是生产金属硅或硅铁合金的副产品。当粉煤灰和硅粉与MOC糊(每种添加剂的15%)混合时,在水中保持28天的完全抗压强度。

粉煤灰和硅粉对填充MOC中的孔结构具有相似的作用,使水泥致密。与MOC基质的反应形成凝胶状相,有助于疏水。极微粒子,比表面积大和高反应性是二氧化硅(SiO 2)的二氧化硅含量灰使其已知为一种有效的结合物质的火山灰。这有助于赋予混凝土高强度和耐久性。

尽管迄今为止开发的MOC在室温下具有出色的耐水性能,但在温水中浸泡后会迅速减弱。该团队致力于通过使用无机和有机化学添加剂来克服这一问题。添加磷酸和可溶性磷酸盐大大提高了耐温水性能。

三年多来,该团队在将MOC用作绿色水泥方面取得了突破。混凝土的强度以兆帕(MPa)为单位。MOC的抗压强度为110 MPa,弯曲强度为17 MPa。这些值是常规水泥的几倍。

在室温下在水中浸泡28天后,MOC可以完全保留这些强度。即使在炎热的水(60℃)时,可以MOC保留最多的其抗压强度和抗弯90%强度后28天。该值分别保持高达100 MPa和15 MPa的水平,仍然比常规水泥大得多。

MOC会取代传统水泥吗?

那么,MOC是否有一天可以代替传统水泥?看起来很有希望。需要进行更多的研究来证明这种绿色高性能水泥在混凝土中的实用性。

当混凝土为主要结构部件时,必须使用钢筋。MOC中的钢腐蚀是一个关键问题,也是一个很大的障碍。研究小组已经开始研究这个问题。

如果这个问题可以解决,MOC可以成为建筑行业的游戏规则改变者。

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