火山灰可以作为可持续添加剂在混凝土结构

2018年2月7日

麻省理工学院的工程师与科学家在科威特发现火山岩,粉细灰时,可以用作一个可持续的添加剂在混凝土结构。

在网上发表的一篇论文《清洁生产研究人员报告说,通过替换一定比例的传统与火山灰水泥,他们可以降低混凝土结构的体现能量,或进入使混凝土的总能量。根据他们的计算,需要减少16%的能源建设试点社区,26日火山灰混凝土建筑由50%,相比之下,所需要的能量使传统硅酸盐水泥的结构完全相同。

时地面的火山灰越来越小的粒径,研究人员发现,细粉的混合物和波特兰水泥混凝土结构更强,比单独制成水泥。然而,磨削过程中火山灰微粒等需要能量,进而增加结果结构体现的能源。然后,权衡混凝土结构的强度及其蕴藏能量,当使用火山灰。

基于实验各种混凝土和火山灰混合物,和计算结果结构体现的能量,研究人员绘制出力量和蕴藏能量之间的关系。他们说各种各样的工程师可以利用这种关系作为蓝图来帮助他们选择,例如,他们想要取代水泥的百分比火山灰产生一个给定的结构。

说:“你可以定制这个口服Buyukozturk,麻省理工学院的教授土木与环境工程系(中东欧)。“如果是交通阻塞,例如,你可能不需要尽可能多的力量,说,高层建筑。所以你可以用更少的能源生产这些东西。这是巨大的混凝土的数量如果你认为这是全世界使用。”

Buyukozturk加入了一篇论文,是一个跨学科的研究团队,包括研究科学家Kunal Kupwade-Patil和本科的斯蒂芬妮的下巴中东欧前博士生凯瑟琳德沃尔夫和麻省理工学院的John Ochsendorf教授的部门架构,阿里的Hajiah科威特科学研究所和Adil Al-Mumin科威特大学。

一个自然的添加剂

混凝土是世界上最大量使用的材料,仅次于水。混凝土的制造包括第一次爆破岩石如石灰石采石场,然后运输岩石钢厂,他们进一步粉碎和治疗在高温下通过各种流程导致水泥的生产。

这样的能源密集型过程创建一个重要的环境足迹;传统硅酸盐水泥的产量约占世界上5%的二氧化碳排放量。减少这些排放,Buyukozturk和其他人一直在寻找可持续的添加剂和水泥的替代品。

火山灰有几个可持续优势作为添加剂制造混凝土:岩石物质,在充足的供应在世界各地活跃的和不活跃的火山,自然是可用的;它通常被认为是浪费材料,因为人们通常不用于任何广泛的目的;一些火山灰烬内在“pozzolonic”属性,也就是说,以粉末形式,火山灰水泥可以自然地结合水量减少和其他材料制成贴。

“水泥生产需要大量的能量,因为有高温,这是一个多级的过程,”下巴,说他和Kupwade-Patil领导小组的实验工作作为一名学生的本科生研究计划(此外)与Buyukozturk机会。“这是试图找到一个替代的主要动机。火山灰形式在高温和高压力下,与自然为我们做所有这些化学反应。”

团队第一次看着多少能量才会从火山灰水泥和混凝土,与水泥。要做到这一点,研究人员咨询了其他几个数据库计算与各种相关的具体能源工业过程,如进入破碎岩石的能量或固化水泥。研究人员选择了通过数据库来组装与生产相关的各个过程传统的水泥和水泥火山灰含有10到50%。

然后进了实验室,在那里他们制造小样本与不同比例的火山灰混凝土,以及样品的硅酸盐水泥。下巴和她的同事们每个样本进行标准测试的强度,如压缩结构,直到他们开始破裂。然后绘制出每个样本的力量对其蕴藏能量计算。

根据他们的研究结果,取代传统水泥火山灰的50%平均粒径17微米可以降低混凝土的具体能源16%。然而,在这个粒度,火山灰可以妥协混凝土的整体实力。磨灰到大约6微米的颗粒大小明显提高混凝土的强度,表面积更小的微粒提供更多的水和水泥化学绑定。

城市灰

团队推断结果,看看结构与火山灰会影响混凝土的部分体现能源在整个建筑的规模和社区。

研究人员专注于一个社区在科威特与13 13住宅和商业建筑,所有由传统的硅酸盐水泥,大多从欧洲进口。在科威特的帮助下他们的合作者,他们飞一架无人机在社区收集图片和测量。他们也咨询了当地政府,为它们提供了额外的信息在每个建筑系统。

使用所有这些信息,团队社区现有的具体能源计算,然后计算出体现能量会改变如果建筑物是由混凝土组成的各种比例的火山灰,中东的供应充足。