影响混凝土生产效率有哪些原因呢?

赖斯大学的科学家表示,由于混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料,气候变化跟混凝土有着密不可分的关系,因此有必要了解混凝土生方法的每个细节。

赖斯(Rice)的理论物理学家鲁兹比(Rouzbeh Shahsavari)实验室正在研究这些细节,直至原子级。该实验室发表了计算机模型研究的结果,详细研究了用于混凝土的原始晶体中的位错-螺钉状缺陷- 如何影响其制造效率。

本月发表在《美国陶瓷学会杂志》上的研究表明,由纯菱面体晶体组成的硅酸三钙(C3S)在生产“熟料”方面要优于其他晶体。熟料是C3S的圆形团块,将其研磨成粉末后,与水混合制成水泥,这种胶将砾石混凝土粘合在一起。熟料的研磨越容易,制造商研磨它所需的能量就越少。

去年,Shahsavari实验室报告说,熟料容易磨碎。他们还研究了螺丝错位对粉末与水混合程度的不利影响。

这次,实验室建立了分子结构的计算机模型,这些分子结构构成了几种常用的C3S类型,尽管不可避免的位错会将晶体扭曲成不可预测的形式,但它们倾向于更脆。(越脆越好。)

他们还试图了解微观晶体中的缺陷如何影响粉末与水反应的能力,并发现菱形体比他们研究的两个单斜质熟料对水的反应性更高。菱面体晶体的边长均相同。单斜晶体没有。

沙赫萨瓦里说:“了解和量化结构,能量和缺陷对水泥晶体的力学和反应性的影响是一项基本的工程挑战。” “这项工作是对原子错位的关键特征进行原子学研究的第一项研究,该错位是硅酸盐水泥的主要成分,C3S中常见的线缺陷。”

Shahsavari坚称,在混凝土生产中最大程度地利用能源很重要,这一态度得到了去年巴黎气候峰会与会者的支持。他当时指出,全球每年生产超过200亿吨混凝土,为全球排放量贡献了5%至10%的二氧化碳,仅作为温室气体生产商的运输和能源生产就超过了二氧化碳。

Shahsavari说,除了这项工作的发现外,这项研究还为研究其他缺陷(例如边缘错位,脆性至延性转变以及水泥的孪生变形)铺平了道路。这些将共同提供新的物理见解和策略,以调整水泥的研磨能和反应性,从而降低与混凝土相关的能源消耗和二氧化碳足迹。

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