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用自愈混凝土和生物水泥建造未来
2022年07月23日    阅读量:8071    新闻来源:合亚嗒资讯网  |  投稿

除了水,混凝土是地球上使用最广泛的物质。从住房和工业到海防和基础设施,混凝土和水泥都是生活的基石。

不幸的是,建筑业也有重大的环境影响。据一份报告称,仅水泥生产就产生了高达8%的全球碳排放,超过了航空业(2.5%),尽管低于农业部门(12%)。

需要创新思维,使建筑材料更具可持续性,同时使其价格合理、用途广泛。该行业的一些人正在使用新技术使混凝土超耐用,而另一些人正在转向生物学以制造可持续的生物水泥。

意大利米兰理工大学结构分析与设计教授利伯拉托·费拉拉(Liberato Ferrara)表示,新型可持续混凝土是为风电场等其他可持续基础设施奠定基础的关键。

他说:“如果我们考虑到我们现在对能源转型的所有需求,我会说,没有具体措施,我们就无法做到这一点。”。

惩罚设置

他领导了一个名为ReSHEALience的项目,该项目旨在开发超高耐久性混凝土(UHDC)。当用于海洋环境和地热发电厂等恶劣环境中的施工时,这种混凝土能够承受极端条件并自愈。

费拉拉教授表示:“这些环境是混凝土结构中最具攻击性的环境之一。”。

量身定制的配方使这些混凝土混合物具有强度和耐久性,包括晶体添加剂、氧化铝纳米纤维和纤维素纳米晶体等成分。

混凝土在其使用寿命期间不可避免地会出现裂缝,但结晶混合物的一个特点是它们刺激了自我修复。通过与水和混凝土中的成分反应,它们形成针状晶体,生长填充裂缝。通过它混合的纳米纤维增加了材料的机械强度,并有助于提高其韧性,使其能够承受极端条件。

在贻贝养殖中,UHDC已被测试为传统木筏的耐用替代品,并在沿海地区制造浮动风力涡轮机平台的零件。它也在地热发电厂的恶劣条件下进行了测试,其性能比传统的施工方法有所提高。

它在马耳他一座旧水塔的修复中的使用证明了混凝土在维护传统建筑方面的潜力。

可持续材料

费拉拉教授表示:“从各个角度来看,飞行员都符合预期。”。“我们成功地证明了UHDC本质上是一种可持续材料。它允许使用更少的材料来建造相同的结构,因此最终环境足迹和经济平衡更好。”

费拉拉教授预测,这种材料在需要大量维护之前,可能有长达50年的使用潜力,通过减少首先需要的材料量和持续更长的时间来大幅减少资源使用。

它可以在许多不同的地方使用当地材料生产,用于许多不同的应用。此外,压碎的UHDC有望作为再生成分,生产出与母体混凝土具有相同机械性能和耐久性的新混凝土。

费拉拉教授补充称,实现可持续发展目标的紧迫性日益增加,需要以新的方式“整体”看待建筑业。

他说:“这是关于传播一种新的混凝土结构思维方式,考虑到规划结构的整个价值链和使用寿命。”。“你必须考虑结构设计、材料采购、材料的耐久性和寿命周期。如果你不这样想,你将永远拥有部分信息,创新将无法突破。”

生物水泥

在其他地方,研究人员正在研究建筑行业的不同创新方式,利用生物的自然过程。

对于铁路公司来说,随着时间的推移,铁路下方路堤中的土壤沉降可能会产生严重问题,并增加维护成本和乘客延误。

通常采用机械方法加固地面材料或化学稳定剂作为解决方案。然而,这些措施可能具有破坏性,成本高昂,具有环境副作用,并产生碳排放。

因此,诺比利斯项目正在让细菌来完成这项工作,将地面视为一个有生命的有机体,而不是一个用推土机移动的无法描述的物体。

其想法是,通过一种称为“生物校正”的过程形成更坚固的土壤,可以减少对土方工程和混凝土等材料的需求。

细菌生成

在生物校正过程中,通过向细菌提供营养物质和所谓的粘合剂来刺激细菌的生长和代谢活动。细菌产生的酶催化反应,最终形成碳酸钙等物质,将土壤颗粒结合在一起。

该技术已被公认为在具有较大颗粒的土壤(如砂土)中具有潜力,包括形成海滩岩石以防止海岸侵蚀,以及在土木或环境工程中的其他应用。

然而,由于细菌、水和其他物质的移动更加受限,对于粘土和泥炭等细粒度土壤而言,出现了更大的挑战。诺比利斯并没有气馁,他正在探索在更广泛的土壤上使用生物校正的方法。

最近在英国东安格利亚的研究证明了生物固化泥炭土壤的可能性。伦敦南岸大学(LSBU)岩土研究员和项目负责人玛丽亚·马夫鲁利杜(MariaMavroulidou)教授表示,诺比利斯项目的目标是通过实地试验扩大这项工作。

范式转换

Mavroulidou教授表示,这种受生物学启发的方法需要新的思维方式和对陌生技术的信念。

她说:“告诉一位执业土木工程师,你将使用细菌来加固地面,这让人大吃一惊,”因为这是该行业的一个范式转变。

同时也是LSBU的环境工程研究员威尔逊·姆万迪拉(Wilson Mwandira)说,诺比利斯正在研究在生物校正发生时将二氧化碳锁定在土壤中的技术,并研究在这一过程中使用更多本土细菌的潜力。

姆万迪拉解释说,使用土壤中已有的细菌可以避免对环境中已有的生物体产生负面影响。他说:“如果你把新的细菌带到一个社区,你将破坏这个系统。”。

希望这种生物校正技术将更广泛地适用于建筑工程。LSBU的岩土工程师迈克尔·冈恩教授说:“我们还试图将该技术更广泛地推广到建筑物和土木工程施工基础中发现的其他岩土材料。”。“所有施工都需要某种形式的地面改善。”

他认为,以更常规的方式使用这些技术可能需要几年时间,但探索此类创新方法以应对施工中的长期挑战至关重要。

他说:“以二氧化碳形式排放的温室气体中,很大一部分是建筑业造成的。”。“因此,我们需要摆脱传统流程。”

标签:建材应用技术中心建筑材料石材石料水泥防水
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