研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

因為不環保,建材製造被全世界嫌棄

全球每年要生產上千億噸建築材料,包括水泥、砂子、石子、磚瓦。與芯片等高精尖產品不同,建築材料看似沒有任何技術含量,其實,建築材料的技術含量就蘊藏在它巨大的產量中。

如果每塊磚可以降低一分錢的成本,就意味著給社會帶來幾十億的收入。因此,世界各國都要投入大筆資金用於研究建築材料。

研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

(一處典型的水泥廠,不斷地向空氣中排放含硫、含氮廢氣與粉塵)

無論是磚瓦還是水泥,每一種建築材料都涉及到開山取石——導致水土流失和植被破壞;高溫煅燒——消耗大量能源,排放有毒有害廢氣;材料分解——排放大量二氧化碳,造成溫室效應。

在環境學家眼裡,建築材料是妥妥的落後產能,恨不得今晚就全部關停,發達國家都迫不及待地將建築材料的生產轉移到發展中國家:眼不見為淨。然而轉移來轉移去,地球畢竟只有一個,要想真正解決問題,還是要研究材料本身。

讓混凝土更環保,難度有點大

近20年,科學家在混凝土領域取得了卓越成果:他們將火力發電廠排放的粉煤灰,和磨細的具有水硬活性的礦渣按一定比例摻入混凝土,既可以減少水泥的用量,又處理了工業廢物。

然而用作結構構件的混凝土有一個硬指標,就是強度,強度不達標,建築的安全性必然不達標。

天下的工業廢料有千萬種,兩個礦燒出的礦渣性能都不完全一樣,很可能一個摻進去好好的,另一個就會讓混凝土變弱。更何況,絕大多數的工業廢料都是註定要影響強度、不能摻入混凝土的。

(一處典型的水泥廠,不斷地向空氣中排放含硫、含氮廢氣與粉塵)

無論是磚瓦還是水泥,每一種建築材料都涉及到開山取石——導致水土流失和植被破壞;高溫煅燒——消耗大量能源,排放有毒有害廢氣;材料分解——排放大量二氧化碳,造成溫室效應。

在環境學家眼裡,建築材料是妥妥的落後產能,恨不得今晚就全部關停,發達國家都迫不及待地將建築材料的生產轉移到發展中國家:眼不見為淨。然而轉移來轉移去,地球畢竟只有一個,要想真正解決問題,還是要研究材料本身。

讓混凝土更環保,難度有點大

近20年,科學家在混凝土領域取得了卓越成果:他們將火力發電廠排放的粉煤灰,和磨細的具有水硬活性的礦渣按一定比例摻入混凝土,既可以減少水泥的用量,又處理了工業廢物。

然而用作結構構件的混凝土有一個硬指標,就是強度,強度不達標,建築的安全性必然不達標。

天下的工業廢料有千萬種,兩個礦燒出的礦渣性能都不完全一樣,很可能一個摻進去好好的,另一個就會讓混凝土變弱。更何況,絕大多數的工業廢料都是註定要影響強度、不能摻入混凝土的。

研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

(最優秀的“廢料”粉煤灰。如今這種材料的價格已經逼近了水泥)

其次,摻加的量也有限制。有些礦物摻和料雖然質量好,但如果摻入混凝土的量太大,混凝土的硬化時間就會大幅延長。工期不等人,結構必須要在短時間內形成足夠的強度。這也嚴重限制了在結構構件中使用環保手段。

磚頭界的勞斯萊斯:碳負性砌塊

在建築中,隔斷牆這類非結構構件用量很大,甚至可以達到建築總重的30%。但這些隔斷牆不“挑食”,它們不必承擔樓房的重壓,只要能承擔起自重就好。而且砌牆用的砌塊通常是在工廠中生產,它硬化得快一點慢一點也都無所謂。於是,有許多建材領域的科學家就把目光放在了這些砌塊上。

(一處典型的水泥廠,不斷地向空氣中排放含硫、含氮廢氣與粉塵)

無論是磚瓦還是水泥,每一種建築材料都涉及到開山取石——導致水土流失和植被破壞;高溫煅燒——消耗大量能源,排放有毒有害廢氣;材料分解——排放大量二氧化碳,造成溫室效應。

在環境學家眼裡,建築材料是妥妥的落後產能,恨不得今晚就全部關停,發達國家都迫不及待地將建築材料的生產轉移到發展中國家:眼不見為淨。然而轉移來轉移去,地球畢竟只有一個,要想真正解決問題,還是要研究材料本身。

讓混凝土更環保,難度有點大

近20年,科學家在混凝土領域取得了卓越成果:他們將火力發電廠排放的粉煤灰,和磨細的具有水硬活性的礦渣按一定比例摻入混凝土,既可以減少水泥的用量,又處理了工業廢物。

然而用作結構構件的混凝土有一個硬指標,就是強度,強度不達標,建築的安全性必然不達標。

天下的工業廢料有千萬種,兩個礦燒出的礦渣性能都不完全一樣,很可能一個摻進去好好的,另一個就會讓混凝土變弱。更何況,絕大多數的工業廢料都是註定要影響強度、不能摻入混凝土的。

研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

(最優秀的“廢料”粉煤灰。如今這種材料的價格已經逼近了水泥)

其次,摻加的量也有限制。有些礦物摻和料雖然質量好,但如果摻入混凝土的量太大,混凝土的硬化時間就會大幅延長。工期不等人,結構必須要在短時間內形成足夠的強度。這也嚴重限制了在結構構件中使用環保手段。

磚頭界的勞斯萊斯:碳負性砌塊

在建築中,隔斷牆這類非結構構件用量很大,甚至可以達到建築總重的30%。但這些隔斷牆不“挑食”,它們不必承擔樓房的重壓,只要能承擔起自重就好。而且砌牆用的砌塊通常是在工廠中生產,它硬化得快一點慢一點也都無所謂。於是,有許多建材領域的科學家就把目光放在了這些砌塊上。

研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

(“不挑食”的砌塊)

最開始,這些隔斷牆使用的通常是燒結黏土磚,也就是紅色的“板磚”。這些紅磚需要消耗大量的優質黏土,同時消耗大量的能源,併產生許多致癌物質,危害工人的健康。

研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

(傳統的燒結粘土磚)

後來,人們開始使用“混凝土”來製作不承重的砌塊,這種疏鬆多孔的材料會吸收空氣中的水分和二氧化碳,形成強度更高的膠凝體,從而增加強度。

隨著人們對溫室效應的認識越發深刻,碳化還被賦予了一個新的意義——減少碳排放。有中國科學家基於碳化的原理,使用常見的工業廢料,做出了碳負性的建築材料。

這種砌塊從生產到使用,不僅不排放二氧化碳,反而還吸收空氣中的二氧化碳,砌塊生產得越多,反而越環保!

最高端的砌塊竟是“垃圾”做的

碳負性砌塊使用的是被正規混凝土棄而不用的低活性的工業廢渣。這些廢渣要麼含有太多的雜質金屬元素,不易研磨;再不然是含有過多的硫元素,會影響水泥的水化速度,耽誤混凝土的“正事兒”。

然而在砌塊當中,這些都不是問題。

有意思的是,不同種類的工業廢料在砌塊中還可以優勢互補。比如活性不太高的工業廢渣,與純度很低但鹼性依然很強的廢鹼結合,可以激發工業廢渣的活性,進而形成強度,並吸收空氣中的二氧化碳。

生產其它建築材料所排放的富含二氧化碳的廢氣還可以直接通入這種建材,連廢氣帶廢熱,乾脆一併利用了,就連它排放的含硫、含氮的毒氣都被固定了不少,變成了砌塊的一部分。

可以說,這種砌塊的生產過程沒有用上一樣“好東西”,從頭到腳都是廢物。可是生產出來的砌塊,質量卻是合格的。

暫時還取代不了我們熟悉的磚頭

事實上,任何學科的發展都不會那麼簡單。在發達國家,科學家們通常只關注實驗室裡的可行性,只關注直接減排了多少碳,而不會去算“經濟賬”,也就是這種表面的減排背後蘊含著多少碳排放。

有些科學家設計的碳負性建材需要基於非常昂貴的原材料,而這種原材料的價格高達幾千塊一噸,根本無法被用來生產砌塊這種廉價建材。

(傳統的燒結粘土磚)

後來,人們開始使用“混凝土”來製作不承重的砌塊,這種疏鬆多孔的材料會吸收空氣中的水分和二氧化碳,形成強度更高的膠凝體,從而增加強度。

隨著人們對溫室效應的認識越發深刻,碳化還被賦予了一個新的意義——減少碳排放。有中國科學家基於碳化的原理,使用常見的工業廢料,做出了碳負性的建築材料。

這種砌塊從生產到使用,不僅不排放二氧化碳,反而還吸收空氣中的二氧化碳,砌塊生產得越多,反而越環保!

最高端的砌塊竟是“垃圾”做的

碳負性砌塊使用的是被正規混凝土棄而不用的低活性的工業廢渣。這些廢渣要麼含有太多的雜質金屬元素,不易研磨;再不然是含有過多的硫元素,會影響水泥的水化速度,耽誤混凝土的“正事兒”。

然而在砌塊當中,這些都不是問題。

有意思的是,不同種類的工業廢料在砌塊中還可以優勢互補。比如活性不太高的工業廢渣,與純度很低但鹼性依然很強的廢鹼結合,可以激發工業廢渣的活性,進而形成強度,並吸收空氣中的二氧化碳。

生產其它建築材料所排放的富含二氧化碳的廢氣還可以直接通入這種建材,連廢氣帶廢熱,乾脆一併利用了,就連它排放的含硫、含氮的毒氣都被固定了不少,變成了砌塊的一部分。

可以說,這種砌塊的生產過程沒有用上一樣“好東西”,從頭到腳都是廢物。可是生產出來的砌塊,質量卻是合格的。

暫時還取代不了我們熟悉的磚頭

事實上,任何學科的發展都不會那麼簡單。在發達國家,科學家們通常只關注實驗室裡的可行性,只關注直接減排了多少碳,而不會去算“經濟賬”,也就是這種表面的減排背後蘊含著多少碳排放。

有些科學家設計的碳負性建材需要基於非常昂貴的原材料,而這種原材料的價格高達幾千塊一噸,根本無法被用來生產砌塊這種廉價建材。

研發環保廉價建築材料,中國將垃圾變為建材

(世界各國水泥產量排名。發達國家可以不關心綠色建材的工程應用,但中國人必須關心)

由此可見,一種碳負性環保砌塊從實驗室的成功到工業化生產之間,還有相當長的路要走。如果不在實際生產中考慮問題,實驗室製備的材料再優秀,也無異於紙上談兵。

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