沙漠沙也能造混凝土？科學(xué)家用植物基黏合劑測(cè)試水泥替代品

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。

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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