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新的添加劑可以減少混凝土的二氧化碳排放，形成有效的碳匯
盡管混凝土作為一種現代建筑材料具有許多優點，包括其高強度、低成本和易于制造，但其生產目前約占全球二氧化碳排放量的8%。
麻省理工學院的一個團隊最近的發現表明，將新材料引入現有的混凝土制造工藝可以顯著減少這種碳足跡，而不會改變混凝土的整體機械性能。
混凝土是僅次于水的世界第二大消耗材料，也是現代基礎設施的基石。但是在其制造過程中，會釋放大量的二氧化碳出來。
大約一半與混凝土生產相關的排放來自石油和天然氣等化石燃料的燃燒，這些燃料用于加熱石灰石和黏土的混合物，最終成為人們熟悉的灰色粉末，即普通硅酸鹽水泥（OPC）。雖然這種加熱過程所需的能量最終可以被可再生太陽能或風能發電所取代，但另一半的排放是材料本身固有的：當礦物混合物被加熱到1400攝氏度以上的溫度時，它經歷了從碳酸鈣和黏土到熟料和二氧化碳的化學轉化，二氧化碳被釋放到了空氣中。
在混凝土生產過程中，當OPC與水、沙子和礫石材料混合時，它會變得高度堿性，為碳酸鹽材料形式的二氧化碳的封存和長期儲存創造了一個看似理想的環境。盡管混凝土有可能從大氣中自然吸收二氧化碳，但當這些反應通常發生時，主要發生在固化混凝土內，它們既會削弱材料，又會降低內部堿度，從而加速鋼筋的腐蝕。這些過程最終會破壞建筑的承載能力，并對其長期機械性能產生負面影響。因此，這些緩慢的后期碳酸化反應可能會發生幾十年，長期以來一直被認為是加速混凝土劣化的不良途徑。
作者發現新的二氧化碳封存途徑依賴于在材料凝固之前的混凝土混合和澆筑過程中碳酸鹽的早期形成，這可能在很大程度上消除材料固化后吸收二氧化碳的不利影響。
新工藝的關鍵是添加一種簡單、便宜的成分：碳酸氫鈉，也被稱為小蘇打。在使用碳酸氫鈉替代的實驗室測試中，該團隊證明，在這些早期階段，與水泥生產相關的二氧化碳總量中，多達15%的二氧化碳可以被礦化，這可以顯著減少該材料的全球碳足跡。
此外，通過形成之前未描述的復合相，所得到的混凝土凝固得更快，而不會影響其機械性能。因此，這一過程使建筑業的生產效率更高：模板工程可以更早拆除，從而減少完成橋梁或建筑所需的時間。
這種復合材料是碳酸鈣和鈣硅水合物的混合物，“是一種全新的材料，”馬西奇說。“此外，通過它的形成，我們可以將早期混凝土的機械性能提高一倍。”然而，他補充說，這項研究仍在進行中。“雖然目前尚不清楚這些新相的形成將如何影響混凝土的長期性能，但這些新發現表明碳中和建筑材料的發展前景樂觀。”
研究人員說，這種復合材料是碳酸鈣和鈣硅水合物的混合物，是一種全新的材料。此外，通過它的形成，我們可以將早期混凝土的力學性能提高一倍。
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