研究的一种在未来有前途的候选材料是地聚合物稳定土壤材料

研究的一种在未来有前途的候选材料是地聚合物稳定土壤材料

联合国预计,到2050年,全球人口将会增加20亿,而大多数的增长会出现在非洲和亚洲的发展中国家。这些地区将会在未来的几十年里新建设几百上千万套房屋。同时,另外一个问题也日益凸显:我们需要减少60%的全球温室气体的排放,以保证全球平均气温上涨不超过2摄氏度。

许多的现代房屋是由两种材料建造的:烧砖水泥。由于它们的强度、使用寿命和便捷度,因此受到广泛的欢迎。它们最大的缺点在于对环境的影响,它们的生产过程中产生的碳排放量很大

这两种材料都需要高温条件来发生化学变化,从而实现强度。烧砖的制造需要超过1000摄氏度的高温,水泥的制造需要1450摄氏度以上的高温。仅水泥制造一项便占全球温室气体排放量的5-10%。对于温室气体排放缩减规模的需求以及所需的房屋建造的数量的大幅增加,很明显我们需要新型的建筑材料。但由于泥砖缺乏稳定剂,因此以泥土建设的房屋最终会遭到侵蚀和坍塌。

高强度、价格适中、可持续

这些建筑材料较之水泥和砖必须要存在比较优势:对环境的影响要低,价格要在承受范围以内,并且要在那些房屋建设势头猛烈的发展中国家有着社会性需求。

替代烧砖和水泥的不会是某一种材料。相反,这应当是一系列新型建筑材料和建设科技,每一种都能够与不同的地区的本土资源、气候和文化相契合。我们一直在研究的一种在未来有前途的候选材料是地聚合物稳定土壤材料(GSSM)。

地聚合物是一种类似于水泥的坚硬耐用的物质,由铝、硅、碱金属和氧原子链组合而成。地聚合物基材料是一种年轻的人造材料,由1940年首次推出。它们可以由多种方式、使用不同的初始原料制作,但是目前为止多用工业废料制成,比如煤发电站的灰烬。

一些地聚合物材料自1970年代便开始在建筑中使用,但是常常是作为一些小批量的专业应用。在土壤作为起始成分方面暂时还处于未开发状态,具有较大潜力,毕竟其在地球上广泛存在、储量大。

地聚合物土壤稳定剂制作过程简单。土壤(从有价值的表层以下取出)与碱性活化溶液混合,碱性活化溶液中含有像家庭清洁产品一样的化学成分。这种活化溶液将土壤中的粘土矿物溶解成为组成它们的原子。所得到的混合物粘稠,并且可以在模具中成型。这种模压砖仅需要在80-100摄氏度的条件下加热。在烧灼过程中,溶解的原子重新排列成为地聚合物。一旦开始灼烧,这些坚硬的地聚合物将会起到稳定其他的土壤成分的作用,形成最终的砖块。



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