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当火山灰遇见水泥--麻省理工的新发现

编辑:华伟银凯   发布时间:2018-2-10?
  水泥生产是一个高耗能的过程,如果能够找到一种合适的低耗能替代品,定会产生极大的经济效益和社会效益。
  火山灰是火山活动的产物,广泛存在于活火山和非活火山周围。目前为止,还没有找到一种有效的利用价值。当火山灰遇到水泥,两个不相干的物品会碰撞出怎样的火花呢?
  麻省理工学院土木与环境工程系的Stephanie Chin说:“生产水泥需要耗费大量的能源,因为涉及到高温。这是一个多阶段的过程。“是寻求替代品的主要动机,火山灰在高温高压下形成。”
  麻省理工学院的研究人员表示,火山灰与水和其他材料结合可以制造类似水泥的糊状物时,其具有方便的自然特性,这种配方生产的水泥有许多优点。。

  在探索这种新型添加剂的潜力时,Chin领导的研究团队开始研究现有的有关水泥生产过程中所涉及的不同工业过程的“隐含能源”的数据。这是指用来做粉碎岩石,固化水泥或制作混凝土等的总能量。使用这些数据,团队计算了含有不同比例火山灰的水泥配方的总体能量,范围从10%到50%。然后他们在实验室生产一些样品。


火山灰替代水泥


  研究人员发现,用火山灰替代50%的传统水泥,其颗粒大小为17微米,所形成的混凝土的隐含能源减少了16%,尽管这阻碍了材料的整体强度。将火山灰颗粒减少到6微米左右的大小,通过为水和水泥粘结在一起创造更多的表面积,极大地提高了它的强度。
  然后,他们打算将这些常识应用于现实世界,转向科威特一个由13栋住宅和14栋由传统波特兰水泥建成的商业建筑的社区。他们使用无人机在结构上飞行,收集图像和测量数据,并与地方当局的数据结合起来计算邻里的隐含能源。
  在他们早期工作的基础上,科学家们计算了如何通过不同比例的火山灰来改变这种隐含能源。他们发现30%是他们所定的最佳比例,他们认为这将大大降低隐含能源。
  麻省理工学院土木与环境工程系教授Oral Buyukozturk表示:“大家发现,混凝土可以用具有理想性能的天然添加剂制造,并降低隐含能源,当您打造社区或城市时,这可以转化为显著的节能。”这种方法的优点在于其灵活性。工程师可以调整配方,根据当前的任务改变火山灰的使用量。

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