挪威科技大學(xué)與東京大學(xué)研究人員開發(fā)的新型材料有望使沙漠沙應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。
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挪威科技大學(xué)和東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)首次開發(fā)出一種原型建筑材料,使沙漠沙可用于混凝土制備。這種名為"植物基砂混凝土"的材料通過熱壓工藝,將細(xì)膩的沙漠沙與植物添加劑、細(xì)小木顆粒相結(jié)合。
混凝土是僅次于水的全球第二大使用量建筑材料,每年水泥產(chǎn)量超過40億噸。其生產(chǎn)過程約占全球二氧化碳排放量的8%。與此同時(shí),建筑業(yè)嚴(yán)重依賴河沙與碎石,這兩種資源正日益短缺且開采過程破壞生態(tài)環(huán)境。
盡管儲(chǔ)量豐富,沙漠沙長(zhǎng)期以來在建筑領(lǐng)域基本無法使用。其顆粒過于光滑細(xì)膩,無法在傳統(tǒng)混凝土中有效黏合,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。這一缺陷迫使建筑商依賴河沙與石料,加速了水土流失和棲息地破壞。
研究團(tuán)隊(duì)嘗試通過非傳統(tǒng)水泥黏合的替代制造方法改造沙漠沙。實(shí)驗(yàn)表明,在受控條件下將沙漠沙與有機(jī)材料混合處理后,其結(jié)構(gòu)性能完全符合使用標(biāo)準(zhǔn)。
讓沙漠沙變廢為寶
"研究人員多年來一直在探討沙漠沙能否用于混凝土。挑戰(zhàn)在于沙漠沙顆粒過細(xì),無法作為混凝土中的有效固結(jié)材料。"挪威科技大學(xué)博士后任偉解釋道,"換言之,這種混凝土的硬度達(dá)不到建筑工程要求。"
為解決該問題,研究人員將沙漠沙與植物添加劑、木粉混合,在加壓的同時(shí)加熱處理。通過調(diào)整溫度、壓力、混合比例和壓制時(shí)間,團(tuán)隊(duì)在不依賴傳統(tǒng)水泥工藝的情況下制備出致密堅(jiān)固的材料。所有實(shí)驗(yàn)均在東京大學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成,研究人員對(duì)比了沙漠沙與其他細(xì)骨料的性能,測(cè)試了不同變量對(duì)材料強(qiáng)度和密度的影響。
環(huán)保效益與實(shí)際局限
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該材料足以用于鋪路石、步道等非承重用途,但強(qiáng)調(diào)植物基砂混凝土目前尚不適用于大型建筑或惡劣室外環(huán)境,需進(jìn)一步測(cè)試其在寒冷氣候下的耐久性和長(zhǎng)期性能。研究人員同時(shí)指出,沙漠沙應(yīng)在當(dāng)?shù)厥褂茫苊忾L(zhǎng)途運(yùn)輸重型材料產(chǎn)生的碳排放。
若持續(xù)改進(jìn),植物基砂混凝土既可減少對(duì)河沙開采和山石破碎的依賴,又能將沙漠地區(qū)當(dāng)前的"負(fù)擔(dān)"轉(zhuǎn)化為資源。
該研究已發(fā)表于《建筑工程學(xué)報(bào)》。
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