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長壽命低碳混凝土將80%的水泥替換成煤灰

2024-09-25

皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型"綠色混凝土",這種混凝土所含的回收煤灰量是現(xiàn)有低碳混凝土的兩倍,所需的水泥量減半,使用壽命甚至比普通波特蘭水泥混凝土更長。

Chamila Gunasekara 博士手持低碳混凝土樣品邁克爾-昆,皇家墨爾本理工大學(xué)

燃煤發(fā)電站周圍存在大量的煤灰。事實(shí)上,這樣說可能有些輕描淡寫--在全球范圍內(nèi),發(fā)電站每年產(chǎn)生約 12 億噸煤灰,而在澳大利亞,煤灰占所有廢棄物的近 20%。這是一個驚人的數(shù)字,而且可以肯定的是,在可再生能源轉(zhuǎn)型的很長一段時間內(nèi),煤灰仍將大量存在。

因此,它是一種巨大的潛在材料資源,低碳混凝土制造商已將其用作水泥替代品,通??商娲哌_(dá) 40% 的水泥。從環(huán)保意義上講,這種做法一舉兩得,既利用了大量廢料,又減少了水泥用量,而水泥本身的碳排放量約占全球碳排放量的 8%。

皇家墨爾本理工大學(xué)的一個團(tuán)隊(duì)一直在與澳大利亞煤灰開發(fā)協(xié)會和 AGL 洛陽發(fā)電廠合作,以更好地利用這一可疑資產(chǎn),并試圖提高煤灰含量,以取代 80% 以上的水泥。

為此,研究人員使用了低鈣粉煤灰混合物、18% 的熟石灰和 3% 的納米二氧化硅作為強(qiáng)化劑,然后澆筑了一些混凝土,并開始測試其機(jī)械性能。

在第 7 天和第 450 天之間,高體積粉煤灰 (HFVA-80) 混凝土的抗壓強(qiáng)度從 22 兆帕增加到 71 兆帕。它的抗折強(qiáng)度為 2.7-8.7 兆帕,劈裂拉伸強(qiáng)度為 1.6-5.0 兆帕,彈性模量為 28.9-37.0 GPa。在酸和硫酸鹽環(huán)境中暴露兩年后,它的耐久性超過了普通硅酸鹽水泥。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、皇家墨爾本理工大學(xué)工程學(xué)院的 Chamila Gunasekara 博士在一份新聞稿中說:"我們添加了納米添加劑來改變混凝土的化學(xué)性質(zhì),這樣就可以在不影響工程性能的情況下添加更多的粉煤灰。"

埃拉林發(fā)電站在巨大的灰壩面前相形見絀 澳大利亞灰燼發(fā)展協(xié)會

更妙的是,該團(tuán)隊(duì)表示,他們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)并不需要精細(xì)的"粉煤灰",而且似乎對低等級的"塘灰"也同樣有效,目前已經(jīng)用后者制作并測試了結(jié)構(gòu)混凝土梁,并通過了澳大利亞工程性能標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

Gunasekara說:"令人興奮的是,初步結(jié)果顯示低等級塘灰也具有類似的性能,這有可能為水泥替代品開辟一種全新的、利用率極低的資源。與粉煤灰相比,塘灰由于其不同的特性,在建筑中的利用率很低。"

"澳大利亞各地的大壩中堆積著數(shù)百兆噸的火山灰廢料,全球范圍內(nèi)堆積的火山灰廢料則更多。這些灰渣池有可能成為環(huán)境危害,而能夠?qū)⑦@些灰渣重新大規(guī)模地用于建筑材料將是一個巨大的勝利"。

皇家墨爾本理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)還與北海道大學(xué)合作開發(fā)了一個試驗(yàn)性計(jì)算機(jī)建模系統(tǒng),用于預(yù)測這些新型混凝土混合物在一段時間內(nèi)的性能,該團(tuán)隊(duì)希望利用這一軟件來分析和優(yōu)化更多的新型混合物。

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