建筑行业今天面临着几个挑战。天然沙子正迅速成为一种稀缺资源，我们可能会在2050年耗尽。二氧化碳的排放量，尤其是制造水泥或烧制粘土砖的排放量，每年都在增加。建筑和拆迁(C&D)垃圾的数量正在上升——印度每年产生约1.5亿吨垃圾，而回收率仅为1%左右。
为了应对这些挑战，印度科学研究所(IISc)可持续技术中心(CST)的研究人员正在探索将工业烟气中的二氧化碳储存在挖掘的土壤和C&D废物中的方法。这些材料可以用来部分替代天然砂。这不仅可以减少建筑材料对环境的影响，还可以赋予其性能，提高其在建筑中的使用。
CST助理教授souadeep Gupta的实验室正在进行这些研究，他解释说:“二氧化碳的利用和封存可以成为制造低碳预制建筑产品的可扩展和可行的技术，同时与国家的脱碳目标保持一致。”
古普塔的团队在《建筑与建筑材料》中表明，用砂浆中经过二氧化碳处理的C&D废料代替天然砂，然后在一个可控的、富含二氧化碳的环境中养护，可以加速材料工程特性的发展，并将其抗压强度提高20-22%。
他的实验室还测试了将二氧化碳气体注入粘性土壤(通常是从建筑工地挖掘出来的)的效果。这使得水泥和石灰对粘土的稳定性更好，降低了粘土在土壤中的比表面积、孔隙体积和石灰反应性，从而提高了材料的整体工程性能。研究结果发表在《建筑环境的发展》杂志上。
在《整体环境科学》(Science of The Total Environment)最近的一项研究中，古普塔的团队研究了二氧化碳在挖掘出来的土壤中被隔离后会发生什么，从而形成水泥-石灰-土壤材料，然后用这种材料代替砂浆中高达25%到50%的细集料。
CST的第一作者、博士生Ashutosh Dwivedi解释说:“当你将二氧化碳封存在水泥-土壤材料中时，会形成微小的碳酸钙晶体，这减少了中等毛细孔的比例，使界面区域更加致密，从而提高了抗压强度。”研究小组发现，将水泥-石灰-土壤块暴露在二氧化碳中，其早期强度提高了约30%。
古普塔解释说，制备后暴露在二氧化碳中也缩短了它们的固化时间——它们在用于建筑之前需要变硬的时间。
该团队还开发了3d打印材料，这些材料是用波特兰水泥、高炉炉渣(一种颗粒状硅酸钙副产品)和粉煤灰等粘合剂组合稳定的挖掘土壤制成的。细节也发表在《整体环境科学》上。
他们发现，与传统的水泥砂砂浆相比，挖掘土壤中的非膨胀粘土充当了一种极好的增稠剂(流变改进剂)，并使材料表现出优越的挤压性和可建造性。他们发现，使用这些材料还可以将砂浆中所需的水泥和天然砂的数量分别减少30%和50%。
展望未来，研究小组计划研究工业和模拟烟气(含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体的混合物)对这些新配方材料微观和宏观特性的影响。这将有助于他们了解工业排放的二氧化碳以外的气体是否会影响材料的碳捕获潜力和工程性能。
该团队正在与几家大型建筑公司进行谈判，将这些发现应用于他们的制造工厂。古普塔也是一个国家委员会的成员，该委员会目前正在修订水泥基建筑材料中天然和再生骨料的标准。
他说:“建筑材料对气候变化的影响每年都在增加，二氧化碳排放量的增加和沙子的稀缺加剧了这种影响。”“寻找天然砂的替代品是当务之急。”
更多信息:prabhas Ranjan Kumar Soda等人，利用挖掘土壤开发3D打印稳定的土基建筑材料:评估新鲜和硬化特性，总环境科学(2024)。DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2024.171654
Ashutosh Dwivedi等，开挖土砂浆的二氧化碳固存:工程性能与环境效益，环境科学(2024)。DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2024.170285
Ashutosh Dwivedi等，天然粘土固碳对水泥-石灰稳定土砂浆工程性能的影响，建筑环境发展(2023)。DOI: 10.1016 / j.dibe.2023.100270
Pitabash Sahoo等，利用再生砖粉封存和利用二氧化碳改善水泥基建筑材料的工程性能:清洁建筑的途径，建筑与建筑材料(2023)。DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2023.132268
期刊信息: 整体环境科学 由印度科学研究所提供 引用为可持续发展铺平新道路 2024年3月28日检索自https://techxplore.com/news/2024-03-paving-paths-sustainable.html本文档 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
