2013-10-12 14:59:51 来源:水泥人网

古罗马防波堤为绿色混凝土提供新思路

一段浸没在地中海深处的古罗马防波堤,经历了长达2000多年的海水侵蚀冲击,依旧坚而不摧,究竟是什么让其如此“厉害”?据物理学家组织网近日报道,由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室领导的一个国际研究团队对其耐久性深入研究时,意外地发现,古罗马人竟然在生产制造混凝土的过程中,就能够削减二氧化碳的排放,减少对环境的破坏。那么,他们是如何做到的呢?

海上混凝土的秘密

来自美国加州大学伯克利分校、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学以及德国柏林同步辐射电子储存环公司的研究人员,使用伯克利实验室的先进光源(ALS)光束以及其他实验设施,在调研波佐利湾的海上混凝土中发现,古罗马人制造混凝土时,不同于现代的做法主要表现在两个关键方面。

其一,硅酸盐水泥是一种可将混凝土组件绑定在一起的胶水。使用硅酸盐水泥的混凝土是含有钙、硅酸盐和水合物的化合物(C-S-H)。而古罗马混凝土产生了一个非常不同的化合物,方法是加了铝和少量硅。由此形成的钙铝硅酸盐水合物 (C-A-S-H)是一个非常稳定的黏合剂。

通过ALS光束线的光谱鉴定,研究人员认为在C-A-S-H中铝替代硅的特定方式可能是海水混凝土的凝聚力和稳定性的关键。

另一个突出之处涉及到混凝土的水化产物。从理论上讲,在用硅酸盐水泥制成的混凝土中,C-S-H类似于结合了天然存在的层状矿物,被称为雪硅钙石和六水硅钙石。可惜的是,这些理想的晶体结构在现代常见的混凝土中无处可寻。

然而,雪硅钙石却出现在古代海水混凝土的砂浆中。研究人员在ALS高压X射线衍射实验的光束线下,测量出其机械性能,并首次阐明铝在其晶格中的作用:铝雪硅钙石比低结晶的C-A-S-H具有更大的刚性。

古罗马人是如何做到的

仍是当今主要建筑材料的混凝土,在生产过程中带来的环境问题日益严重。其主要组分水泥在生产过程中会排放大量二氧化碳。据计算,世界水泥工业排放二氧化碳量占全球温室气体排放量的7%,这还不包括水泥和混凝土在物流运输过程中的二次污染。水泥和混凝土建材成为雾霾等大气污染的主要元凶之一。

“这并不是说现代生产的混凝土不好,它已经好到我们每年使用190亿吨的产量,问题是其中制造硅酸盐水泥所排放的二氧化碳占该行业排放量的7%。”加州大学伯克利分校土木与环境工程教授圣保罗·蒙泰罗说。

硅酸盐水泥是“胶水”之源,可以将最现代化的混凝土黏合在一起,但是制造它需要将混合的石灰石和黏土加热到1450℃,石灰石受热后会向大气中释放出大量二氧化碳。

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