莱斯大学：无胶结剂的粉煤灰粘结剂使混凝土更环保

莱斯大学工程师开发了一种主要由燃煤电厂的副产品粉煤灰制成的复合粘结剂，可以代替混凝土中的硅酸盐水泥。

莱斯大学材料科学家Rouzbeh Shahsavari与他的研究生Sung Hoon Hwang研发的这种材料是无胶结剂和环境友好型的。

 粉煤灰粘结剂不需要像硅酸盐水泥那样进行高温处理，但试验表明，固化七天后其抗压强度与硅酸盐水泥的相同。它也只需要少量的硬化硅酸盐水泥的钠基活化化学剂。

这项研究结果发表在《美国陶瓷学会》杂志。

在世界范围内，每年生产的水泥超过200亿吨，生产水泥所排放的二氧化碳占全球排放量的5至10%，仅次于运输业和能源行业，成为最大的温室气体排放来源。

制造商经常使用少量的富含硅和铝的粉煤灰作为混凝土中硅酸盐水泥的补充。“该行业通常将5至20%的粉煤灰掺入水泥中使其环保，但其中相当一部分仍然是水泥”，土木与环境工程和材料科学与纳米工程助理教授Shahsavari说。

他说：“以前试图用粉煤灰复合物完全取代硅酸盐水泥，但需要大量昂贵的钠基活化剂，从而抵消了环境效益。最后它比水泥更贵。”

研究人员使用田口方法分析，一种统计方法以缩小化学成分的大相空间的所有可能性，然后通过计算优化，来确定最佳的混合方略。

Shahsavari说，这极大提高了合成复合材料的结构和机械性能，并且钙含量丰富的飞灰、纳米二氧化硅和氧化钙达到了最佳平衡，其钠基活化剂的含量不到5%。

 Shahsavari说：“过去的大部分工作都集中在所谓的F型飞灰，这是由于电厂中燃烧无烟煤或烟煤中含钙量比较低所致。但在全球范围内，有些低品质煤，如褐煤或亚烟煤。燃烧它们会导致高钙或C型飞灰，这更难活化。”

“我们的工作为这类高钙粉煤灰提供了一种有效且成本低的活化途径，为环境友好型制造混凝土铺平了道路。未来的工作是评估长期收缩和耐久性等性能。”

Shahsavari建议同样的方法可以用来将其他工业废料，如高炉矿渣和稻壳，变成环保的胶凝材料，从而不使用水泥。