工程師權(quán)衡回歸古羅馬混凝土配方

古羅馬人可能教會(huì)了我們一兩件關(guān)于制造業(yè)的知識(shí)可持續(xù)的可以使用數(shù)千年的混凝土。

一項(xiàng)新的研究嚴(yán)格分析了他們古老配方的原材料和能源需求，揭示了一些改進(jìn)現(xiàn)代水泥的有用方法。

令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)羅馬砂漿和混凝土比波特蘭水泥（當(dāng)今混凝土中最常用的水泥類型）需要更多的水和更多的溫室氣體排放。

但是，雖然最初的能源成本可能更高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，羅馬混凝土配方最終可能被證明更具可持續(xù)性。那是因?yàn)樗鼈兛赡懿恍枰?jīng)常更換或維修。

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根據(jù)一個(gè)國(guó)際環(huán)境工程師團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，羅馬混凝土混合物需要比現(xiàn)代配方的壽命至少高 41%，才能實(shí)現(xiàn)與建筑物相同的累積排放量。

對(duì)于街道和高速公路等壽命較短的結(jié)構(gòu)，羅馬混凝土的使用壽命至少需要延長(zhǎng) 29%。

“當(dāng)我們考慮到混凝土的使用壽命時(shí)，我們就會(huì)開(kāi)始看到好處，”說(shuō)哥倫比亞北方大學(xué)的主要作者和工程師丹妮拉·馬丁內(nèi)斯。

“我們可以從羅馬人身上吸取很多教訓(xùn)。如果我們能夠?qū)⑺麄兊膽?zhàn)略與我們的現(xiàn)代創(chuàng)新理念相結(jié)合，我們就可以創(chuàng)造一個(gè)更可持續(xù)的建筑環(huán)境。

很難將羅馬混凝土的壽命與現(xiàn)代混凝土進(jìn)行比較，因?yàn)榻裉?，許多混凝土建筑和構(gòu)筑物都是用鋼筋加固的。

當(dāng)鋼材生銹時(shí)，它會(huì)膨脹，迫使周圍的任何混凝土開(kāi)裂和降解在短短十年內(nèi).相比之下，古羅馬混凝土能夠“自我修復(fù)”。這意味著當(dāng)水泥出現(xiàn)裂縫時(shí)，當(dāng)漏水時(shí)，它們會(huì)自然地粘在一起。

這就是古羅馬海堤能夠經(jīng)久不衰的部分原因，盡管海浪和腐蝕性鹽水不斷沖擊。

現(xiàn)代混凝土是否能夠做到這一點(diǎn)尚不清楚。

“鋼筋腐蝕是混凝土劣化的主要原因，所以要非常謹(jǐn)慎地進(jìn)行比較?！?a>解釋加州大學(xué)伯克利分校的作家兼工程師保羅·蒙泰羅。

馬丁內(nèi)斯和她的團(tuán)隊(duì)承認(rèn)更耐用的水泥結(jié)構(gòu)“只能部分抵消對(duì)新材料的需求增加”，但羅馬制造方法也可能具有其他環(huán)境優(yōu)勢(shì)。

波特蘭水泥和羅馬水泥都是使用相同的主要成分制成的。當(dāng)石灰石被加熱時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一種高反應(yīng)性的苛性粉末，稱為生石灰。這種粉末與水結(jié)合，形成強(qiáng)大的砂漿。

古羅馬帝國(guó)的混凝土配方差異很大，但他們通常將這種砂漿與當(dāng)?shù)乜捎玫幕鹕綆r混合，而不是現(xiàn)代混凝土中使用的石膏。

羅馬混凝土產(chǎn)生的危險(xiǎn)空氣污染物也少得多，這可能是因?yàn)槭沂鞘褂孟鹉竞屠渖寄静娜紵?，而不是化石燃料?/p>

根據(jù)最近的模型，與現(xiàn)代方法相比，使用羅馬水泥技術(shù)可以減少高達(dá) 98% 的氮氧化物和硫氧化物排放。

“事實(shí)證明，使用生物質(zhì)和其他替代燃料燒窯可能比采用羅馬混凝土配方更有效地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代水泥生產(chǎn)脫碳，”說(shuō)馬丁內(nèi)斯。

今天，混凝土是第二大使用最廣泛的材料在世界上，在水之后。其產(chǎn)量約占全球人為碳排放量的 8%，約占所有行業(yè)碳排放量的四分之一。

根據(jù)亞利桑那州立大學(xué)材料科學(xué)家 Narayanan Neithalath，如果水泥制造圖靈作為一個(gè)國(guó)家進(jìn)行排名，它將成為僅次于中國(guó)和美國(guó)的世界第三大二氧化碳排放國(guó)。

“如果我們有合理的機(jī)會(huì)保持在《巴黎協(xié)定》設(shè)定的兩攝氏度以下的變暖目標(biāo)，那么未來(lái)十年與水泥相關(guān)的排放量將不得不下降 20% 以上。”尼塔拉特解釋2023 年。

研究古羅馬混凝土可以幫助我們實(shí)現(xiàn)這些緊迫的氣候目標(biāo)。

該研究發(fā)表在iScience.

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