科学家利用用过的咖啡渣将混凝土强度提高了 30%

科学家利用用过的咖啡渣将混凝土强度提高了30%人类每年生产约44亿吨混凝土。这一过程消耗了大约80亿吨沙子（每年使用40-500亿吨沙子），这在一定程度上导致了近年来建筑商品的严重短缺。与此同时，我们在同一时间段内产生了约100亿公斤用过的咖啡渣——澳大利亚皇家墨尔本理工大学的一组研究人员发现，咖啡渣可以在混凝土生产过程中用作二氧化硅的替代品，在混凝土生产过程中，适当的比例，产生比单独的沙子更强的化学键。该研究的主要作者、皇家墨尔本理工大学工程学院的RajeevRoychand博士在最近的一份报告中表示：“有机废物的处理对环境构成了挑战，因为它会排放大量的温室气体，包括甲烷和二氧化碳，从而导致气候变化。”释放。他指出，仅澳大利亚每年就生产7500万公斤用过的咖啡渣，其中大部分最终被填埋。投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

科学家用100%的轮胎橡胶骨料制造优质混凝土

科学家用100%的轮胎橡胶骨料制造优质混凝土近年来，我们听说过用碎裂的废旧轮胎取代混凝土中的一些骨料的努力。但是现在，科学家们已经成功地生产出了高质量的混凝土，其中所有的骨料都被轮胎颗粒所取代。混凝土由三部分组成：水，将所有东西结合在一起的水泥，以及沙子或砾石等骨料。这种骨料必须从地下开采，实际上现在在世界许多地方都是供不应求。废弃的轮胎在一定程度上可以被回收利用，但最终往往只是在垃圾填埋场或被烧掉。一些团体试图用另一种方法来解决这个问题，即用磨碎的轮胎代替一部分沙子或砾石。由此产生的混凝土往往比普通混凝土更坚硬，因为其中的橡胶颗粒允许它在压力下弯曲而不是破碎。但不幸的是，如果用轮胎颗粒代替了太多的骨料，混凝土就会缺乏抗压强度和分裂抗拉强度。这至少部分是因为水泥不能很好地与橡胶碎片结合，所以它们不能被牢牢地固定在一起。在他们同事的研究基础上，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家们确定，粘合问题是由于轮胎橡胶的多孔性造成的。更确切地说，当混凝土最初被混合时，橡胶中的孔隙充满了水，但一旦水蒸发和混凝土凝固，这些孔隙就会在橡胶/水泥界面上变成空洞。为了解决这个问题，研究人员从所有骨料都是轮胎颗粒的湿混凝土开始，然后在混凝土凝固时将其置于特殊的钢制模具中。这些模具对混凝土施加压力，压缩颗粒和其中的孔隙。结果，一旦混凝土干燥并凝固，水泥就能更好地与"预载"轮胎颗粒结合。与用传统方法生产的100%轮胎骨料混凝土相比，预载混凝土的抗压、抗折和抗拉强度分别提高了97%、59%和20%。科学家们现在正在研究如何加固这种新的混凝土，从而使其更适合于建筑项目的使用。研究报告的共同作者和团队负责人李杰教授说：“由于典型混凝土的主要部分是粗骨料，用废旧轮胎橡胶取代所有这些骨料可以大大减少自然资源的消耗，也可以解决如何处理废旧轮胎这一重大环境挑战。”有关这项研究的论文最近发表在《资源、保护与回收》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1303525.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1303525.htm

石墨烯取代沙子 制造更轻、更坚固的混凝土

石墨烯取代沙子制造更轻、更坚固的混凝土尽管石墨烯只是一张只有一个原子厚的碳原子薄片，但它却以无比坚固而著称。因此，这种"神奇材料"被掺入混凝土中也就不足为奇了，通常是为了使混凝土更加坚固耐用。但这通常只是在配方中加入石墨烯，而在新的研究中，莱斯大学的研究小组希望用它完全取代沙子。混凝土由三种主要成分组成：水、砂等骨料以及将其粘合在一起的水泥。按体积计算，砂是最大的成分，而由于现代人类对混凝土的贪得无厌，砂矿的开采量正在不断增加。这一过程不仅具有破坏性，而且还面临着资源枯竭的风险。这项研究来自莱斯大学化学家詹姆斯-图尔（JamesTour）的实验室，他的团队多年来一直在使用他们开发的一种名为闪焦耳加热的技术制造石墨烯。从本质上讲，富含碳的基础材料在电流的作用下迅速过热，转化为石墨烯薄片。在这种情况下，基础材料是冶金焦炭，一种从煤炭中提取的燃料。"最初的实验是将冶金焦炭转化为石墨烯，结果得到了一种大小与沙子相似的材料，"该研究的第一作者保罗-阿芬库拉（PaulAdvincula）说。"我们决定探索将冶金焦炭衍生的石墨烯用作混凝土中沙子的完全替代品，我们的研究结果表明，它的效果非常好。"节省沙子并不是唯一的好处。与使用普通骨料制成的混凝土相比，这种混凝土的重量减轻了25%，韧性提高了32%，峰值应变提高了33%，抗压强度提高了21%。但从另一方面看，其杨氏模量降低了11%，而杨氏模量是衡量材料抗拉伸变形能力的指标。研究小组表示，虽然石墨烯目前过于昂贵，无法使这种方法在商业上实现规模化，但它至少表明，还有其他方法可以采用。这项研究发表在《ACS应用材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1414825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1414825.htm

废弃咖啡渣可充当部分沙子 使混凝土强度提高30%

废弃咖啡渣可充当部分沙子使混凝土强度提高30%现在，皇家墨尔本理工大学（RMITUniversity）的研究人员首次为这种特殊的废物找到了一种实用的用途：将其融入混凝土中。这项研究的第一作者RajeevRoychand说："我们工作的灵感来自于找到一种创新的方法来利用建筑项目中的大量咖啡废料，而不是将其填埋--让咖啡的生命'得以延续'。"由于颗粒细小，SCG已被提议作为土木建筑应用中的有用成分。因此，研究人员决定对此进行试验。他们首先从澳大利亚墨尔本附近的多家咖啡馆收集SCG，并将其烘干以去除水分。然后在两种不同的温度下（350°C（662°F）或500°C（932°F））对干燥的有机材料进行加热，利用一种称为热解的低能耗、无氧工艺生成生物炭。研究人员使用了十二种混合设计来比较未经处理的SCG、350度加热的SCG和500度加热的SCG对混凝土机械和微观结构行为的影响。在普通硅酸盐水泥中分别加入0%、5%、10%、15%和20%的不同SCG，作为细骨料的替代品。这里使用的细骨料是天然砂。将新拌混凝土倒入模具中并振捣以去除气穴。然后在室温下固化24小时，脱模并在水箱中固化，直至进行抗压强度测试，并使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）进行分析。抗压强度是指固体材料在不发生断裂的情况下所能承受的最大压应力。研究人员发现，在他们测试的所有混凝土复合材料中，用在350°C（662°F）高温下热解的SCG替代15%沙子的复合材料显著改善了材料性能，使抗压强度提高了29.3%。虽然这项研究仍处于早期阶段，但结果很有希望，而且由于咖啡无处不在，有可能被用于世界各地的建筑中。共同第一作者香农-基尔马丁-林奇（ShannonKilmartin-Lynch）说："混凝土行业有可能为增加废咖啡等有机废物的回收利用做出重大贡献。我们的研究还处于早期阶段，但这些令人兴奋的发现提供了一种创新方法，可以大大减少填埋的有机废物数量。"除了节省垃圾填埋场的空间，这种混凝土生产技术还解决了另一个环境问题：保护有限的自然资源。我们每年大约开采400亿至500亿吨砂石用于建筑业。该研究的共同通讯作者李杰说："为了满足建筑业快速增长的需求，世界各地都在不断开采天然砂--通常取自河床和河岸--这对环境造成了巨大影响。采用循环经济的方法，我们可以让有机废物远离垃圾填埋场，还能更好地保护沙子等自然资源。"研究人员计划对350度加热的咖啡生物炭进行长期机械和耐久性测试，以了解其在建筑行业的潜在应用，并进一步探索使用不同热解温度对材料性能的影响。该研究发表在《清洁生产期刊》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378927.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378927.htm

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分混凝土是世界上最常用的建筑材料，但它并非不受损害。天气和压力会导致微小的裂缝，这些裂缝会发展成更大的裂缝，最终威胁到整个结构的完整性。这可能需要昂贵的维护或更换，以防止灾难性的损坏。相比之下，古罗马结构经受了两千多年的时间考验。为了找出原因，科学家们长期以来一直在显微镜下检查材料的样本，以研究其成分并发现赋予这种强度的成分。由意大利一个特定地区的火山灰制成的Pozzolanic材料，具有突出的特点。石灰也是如此，在以前的研究中发现，这有助于混凝土在码头等海洋环境中随着时间的推移变得更加坚固。一种常见的包含物--毫米大小的白色矿物块，称为石灰碎块--通常被视为一种副产品而被忽视，但在新的研究中，研究人员发现，它们的存在可能是有原因的。该研究的主要作者AdmirMasic说："这些石灰碎块的存在仅仅归因于低质量控制，这种想法一直困扰着我。如果罗马人为制造一种杰出的建筑材料付出了如此多的努力，遵循所有经过许多世纪优化的详细配方，为什么他们会在确保生产出混合良好的最终产品方面付出如此少的努力？这个故事一定有更多的内容。"左图：意大利Privernum考古遗址，本研究在那里收集了古代混凝土样品。右图。其中一个样品中的成分的假色图，其中有一个大的钙包合物（红色）MIT研究小组使用了一些成像和化学绘图技术来更仔细地检查石灰碎块，并发现它们是由碳酸钙类型的物质在高温下形成的。这表明它们是通过直接添加（或"热混合"）生石灰制成的，生石灰是一种比古罗马人假定使用的石灰形式更具反应性的形式。"热搅拌的好处是双重的，"Masic说。"首先，当整个混凝土被加热到高温时，它会出现如果只使用消石灰就不可能出现的化学成分，同时产生高温相关的化合物，否则就不会形成。第二，由于所有的反应都加快了，这种温度的提高大大减少了固化和凝固时间，使施工速度大大加快。"但更重要的是，这些石灰碎块在混凝土的自我修复中发挥了积极作用。热搅拌过程使夹杂物变脆，因此，当混凝土中形成微小的裂缝时，它们会比周围的材料更容易穿过石灰块。当水进入裂缝时，就会与石灰发生反应，形成一种溶液，重新硬化成碳酸钙并堵塞裂缝。它还可以与沸石材料反应，进一步加强混凝土本身。因此，研究小组说，这些石灰碎块不是不需要的副产品，而是有其存在的理由。这种自我修复机制可能是古罗马混凝土结构长寿的一个主要因素。为了测试这一假设，研究人员制作了古代和现代混凝土的热混合样本，然后将它们敲碎，并让水长时间流经裂缝。两周后，古代混凝土样本的裂缝已经愈合，阻止了水的流动。另一方面，现代材料则完全没有愈合。研究小组说，这一发现不仅有助于我们了解古代工程的秘密，而且也可以帮助改进现代混凝土配方。为此，研究人员正在采取步骤使这种材料商业化。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338305.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338305.htm

研究人员利用净化的粉煤灰生产更环保、更坚固的混凝土

研究人员利用净化的粉煤灰生产更环保、更坚固的混凝土考虑到这个问题，科学家们已经尝试用粉煤灰代替混凝土混合物中的一些水泥（其他成分是沙子和/或砾石以及水）。粉煤灰是煤炭燃烧后留下的废物，虽然它的质量与水泥相似，但它也含有有毒的重金属。如果将含有这种灰的混凝土用于道路或人行道，这些重金属可能会逐渐渗出并进入周围环境。为了解决这一缺陷，德克萨斯州莱斯大学的科学家们开发了一种工艺，首先将粉煤灰与导电的碳黑粉末混合。利用一种被称为闪电焦耳加热的技术，然后将该混合物放在两个铜或石墨电极（与一个电容器相连）之间，向该材料提供一个短的电脉冲。该电流的应用使该混合物迅速加热到大约3000ºC（5432ºF）的温度，导致重金属蒸发成蒸汽，并在一个真空室中被捕获并回收。"通过使用这种方法，我们可以以非常高的效率消除粉煤灰中的重金属，"该研究的共同第一作者、博士后研究助理邓冰说。"对于不同的重金属，如砷、镉、钴、镍和铅，去除效率在短短一秒钟内就能达到70%至90%。"研究主要作者孟伟（左）和邓冰，与使用净化粉煤灰制作的混凝土样品GustavoRaskosky/Rice大学作为一个额外的好处，用净化后的粉煤灰制作的混凝土也比用纯水泥制作的混凝土更坚固。更具体地说，当科学家们用粉煤灰取代混凝土混合物中30%的水泥时，发现所得的混凝土比对照样品强51%，弹性高28%。"这对结构工程和建筑业非常有意义，因为可以用更少的水泥建造更强大的结构，"另一位共同第一作者、博士后研究助理孟伟说。关于这项研究的论文最近发表在《通信工程》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351845.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351845.htm