当今的建筑业面临着多项挑战。天然沙正迅速成为一种稀缺资源——到2050 年我们可能会耗尽它 。二氧化碳排放量，尤其是水泥或粘土砖生产过程中的二氧化碳排放量，每年都在增加。印度每年产生约 1.5 亿吨建筑垃圾，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拆建废物中的方法。这些材料可以用来部分替代天然沙。这不仅可以减少建筑材料对环境的影响，还可以赋予其增强建筑用途的性能。
“CO 2 利用和封存可以成为一种可扩展且可行的技术，用于制造低碳预制建筑产品，同时与国家的脱碳目标保持一致，”CST 助理教授 Souradeep Gupta 解释道，他的实验室正在开展这些研究。
Gupta的团队已经 证明 ，用砂浆中经过二氧化碳处理的拆建废料代替天然砂，然后在受控的富含CO 2的环境中固化，可以加速材料工程性能的发展，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土(通常是从建筑工地挖掘出来的)中的效果。这导致水泥和石灰对粘土有更好的稳定作用，并减少了土壤中粘土的表面积、孔隙体积和石灰反应性，从而提高了材料的整体工程性能。
在最近的一项 研究中， 古普塔的团队检查了当二氧化碳被封存在挖掘出的土壤中以开发水泥石灰土材料时会发生什么，然后用这些材料代替砂浆中高达 25% 和 50% 的细骨料(按质量计)。 。 “当你在水泥土材料中封存二氧化碳时，会形成微小的碳酸钙晶体，从而减少中等毛细孔的比例，使界面区域致密，从而提高抗压强度，”第一作者、博士生 Ashutosh Dwivedi 解释道在 CST。研究小组发现，将水泥灰土块暴露在二氧化碳中可以使其早期强度提高约 30%。古普塔解释说，准备后接触二氧化碳也会缩短它们的固化时间——即它们在用于建筑之前需要硬化的时间。
该团队还 开发了 由挖掘出的土壤制成的可 3D 打印材料，并结合了波特兰水泥、高炉矿渣(一种颗粒状硅酸钙副产品)和粉煤灰等粘合剂。他们发现，挖掘出的土壤中的非膨胀粘土可以作为优异的增稠剂(流变改性剂)，并使材料与传统的水泥砂浆相比表现出优异的挤出性和可施工性。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用量分别减少 30% 和 50%。
展望未来，该团队计划研究工业和模拟烟气(其中包含二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体的组合)对这些新配方材料的微观和宏观性能的影响。这将帮助他们了解工业释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。
该团队正在与几家主要建筑公司进行谈判，以将这些发现应用于他们的制造工厂。古普塔还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骨料和再生骨料的标准。
“建筑材料对气候变化的影响 每年都在增加，而 CO 2排放量的增加和沙子的稀缺加剧了这种影响，”他说。 “寻找天然沙的替代品是当前的需要。”
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