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把酒临风的博客

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最高端的砖头竟然是“垃圾”做的  

2017-09-26 15:15:02|  分类: 文化教育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  砖头也可以很高端,除了我们熟悉的红色板砖、灰色空心砖,砖头界还有充满环保高科技的“碳负性砌块”,这种顶级砖头的原料竟然全是“垃圾”,而且从生产到使用不仅不排放二氧化碳,反而还吸收空气中的二氧化碳,不过,从实验室的成功到工业化生产之间,还有相当长的路要走,暂时取代不了我们熟悉的砖头。

装修过房子的人,对“砸墙”一定并不陌生。建筑中的墙分为两种。一种是承重墙,另一种则是非承重墙。

  承重墙起支撑和抗震作用,由坚硬的钢筋混凝土制成,这种墙要承担大楼重量,绝不能砸(掏一个壁橱出来也不行)。非承重墙只有隔断、保温的作用,这种墙是用砖垒起来的,不承重,可以砸。

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  (左边的实心混凝土墙就是承重墙,里面布满密密麻麻的钢筋;右边砖块垒起来的就是非承重墙)

  今天要讲的,就是这些砌墙的砖头。

  因为不环保,建材制造被全世界嫌弃

  全球每年要生产上千亿吨建筑材料,包括水泥、砂子、石子、砖瓦。与芯片等高精尖产品不同,建筑材料看似没有任何技术含量,其实,建筑材料的技术含量就蕴藏在它巨大的产量中。

  如果每块砖可以降低一分钱的成本,就意味着给社会带来几十亿的收入。因此,世界各国都要投入大笔资金用于研究建筑材料。

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  (一处典型的水泥厂,不断地向空气中排放含硫、含氮废气与粉尘)

  无论是砖瓦还是水泥,每一种建筑材料都涉及到开山取石——导致水土流失和植被破坏;高温煅烧——消耗大量能源,排放有毒有害废气;材料分解——排放大量二氧化碳,造成温室效应。

  在环境学家眼里,建筑材料是妥妥的落后产能,恨不得今晚就全部关停,发达国家都迫不及待地将建筑材料的生产转移到发展中国家:眼不见为净。然而转移来转移去,地球毕竟只有一个,要想真正解决问题,还是要研究材料本身。

  让混凝土更环保,难度有点大

  近20年,科学家在混凝土领域取得了卓越成果:他们将火力发电厂排放的粉煤灰,和磨细的具有水硬活性的矿渣按一定比例掺入混凝土,既可以减少水泥的用量,又处理了工业废物。

  然而用作结构构件的混凝土有一个硬指标,就是强度,强度不达标,建筑的安全性必然不达标。

  天下的工业废料有千万种,两个矿烧出的矿渣性能都不完全一样,很可能一个掺进去好好的,另一个就会让混凝土变弱。更何况,绝大多数的工业废料都是注定要影响强度、不能掺入混凝土的。

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  (最优秀的“废料”粉煤灰。如今这种材料的价格已经逼近了水泥)

  其次,掺加的量也有限制。有些矿物掺和料虽然质量好,但如果掺入混凝土的量太大,混凝土的硬化时间就会大幅延长。工期不等人,结构必须要在短时间内形成足够的强度。这也严重限制了在结构构件中使用环保手段。

  砖头界的劳斯莱斯:碳负性砌块

  在建筑中,隔断墙这类非结构构件用量很大,甚至可以达到建筑总重的30%。但这些隔断墙不“挑食”,它们不必承担楼房的重压,只要能承担起自重就好。而且砌墙用的砌块通常是在工厂中生产,它硬化得快一点慢一点也都无所谓。于是,有许多建材领域的科学家就把目光放在了这些砌块上。

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  (“不挑食”的砌块)

  最开始,这些隔断墙使用的通常是烧结黏土砖,也就是红色的“板砖”。这些红砖需要消耗大量的优质黏土,同时消耗大量的能源,并产生许多致癌物质,危害工人的健康。

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  (传统的烧结粘土砖)

  后来,人们开始使用“混凝土”来制作不承重的砌块,这种疏松多孔的材料会吸收空气中的水分和二氧化碳,形成强度更高的胶凝体,从而增加强度。

  随着人们对温室效应的认识越发深刻,碳化还被赋予了一个新的意义——减少碳排放。有中国科学家基于碳化的原理,使用常见的工业废料,做出了碳负性的建筑材料。

  这种砌块从生产到使用,不仅不排放二氧化碳,反而还吸收空气中的二氧化碳,砌块生产得越多,反而越环保!

  最高端的砌块竟是“垃圾”做的

  碳负性砌块使用的是被正规混凝土弃而不用的低活性的工业废渣。这些废渣要么含有太多的杂质金属元素,不易研磨;再不然是含有过多的硫元素,会影响水泥的水化速度,耽误混凝土的“正事儿”。

  然而在砌块当中,这些都不是问题。

  有意思的是,不同种类的工业废料在砌块中还可以优势互补。比如活性不太高的工业废渣,与纯度很低但碱性依然很强的废碱结合,可以激发工业废渣的活性,进而形成强度,并吸收空气中的二氧化碳。

  生产其它建筑材料所排放的富含二氧化碳的废气还可以直接通入这种建材,连废气带废热,干脆一并利用了,就连它排放的含硫、含氮的毒气都被固定了不少,变成了砌块的一部分。

  可以说,这种砌块的生产过程没有用上一样“好东西”,从头到脚都是废物。可是生产出来的砌块,质量却是合格的。

  暂时还取代不了我们熟悉的砖头

  事实上,任何学科的发展都不会那么简单。在发达国家,科学家们通常只关注实验室里的可行性,只关注直接减排了多少碳,而不会去算“经济账”,也就是这种表面的减排背后蕴含着多少碳排放。

  有些科学家设计的碳负性建材需要基于非常昂贵的原材料,而这种原材料的价格高达几千块一吨,根本无法被用来生产砌块这种廉价建材。

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  (世界各国水泥产量排名。发达国家可以不关心绿色建材的工程应用,但中国人必须关心)

  由此可见,一种碳负性环保砌块从实验室的成功到工业化生产之间,还有相当长的路要走。如果不在实际生产中考虑问题,实验室制备的材料再优秀,也无异于纸上谈兵。

  比如,废碱这种腐蚀性物质的运输又该如何规范操作?生产新型砌块势必需要新的生产线投资,那么废物利用节约出的钱能不能回本?减排的碳能不能涵盖新生产线研发与制造所带来的新的排放?

  结语

  如何让碳负性砌块低成本地走出实验室,发达国家的科学家们可以不考虑,但中国的工程师们,要想把环保这件大事做下去,就必须深入地思考这些问题。环保这个大课题,留给我们的任务绝不简单。

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