Nature子刊：寻找新方法制造水泥 使其更具可持续性

水泥作为一种重要的建筑材料的同时，它也增加了全球二氧化碳得排放量。 Sabbie Miller正在做如何使水泥和混凝土更具可持续性的研究。 图片来源：Reeta Asmai，加州大学戴维斯分校

根据世界可持续发展工商理事会的数据统计可知，水泥二氧化碳的排放量占全球人为排放量的百分之九。土木与环境工程系助理教授Sabbie Miller的目的是通过寻找全新的方法来制造水泥或者完全取代水泥来改变这种状况。

数千年来，人们一直在使用水泥作为建筑材料。 将水和岩石碎片混合形成混凝土，用在建筑物，高速公路和桥梁上。

制作水泥需要将石灰石和粘土加热到1450°C（2640°F），在这个过程中不仅两者都会消耗大量的能量，释放出二氧化碳，且还需要大量的淡水。全球浇注的大量混凝土是水泥在全球二氧化碳排放量中扮演如此重要角色的主要原因。

“这反映了社会的变化和更多基础设施正在被建设。”Miller说。

Miller是美国混凝土协会可持续发展委员会的成员，她的研究主要集中在三个领域：传统水泥的替代材料，替代或减少混凝土中水泥用量的方法，以及旨在减少水泥和混凝土环境影响的战略工程方法。

“我发现结构设计和材料工程很少遇到瓶颈。 如果结构工程师说我需要一个25兆帕斯卡（标准）的混凝土，没有人说我可以重新设计结构，这样我就可以用更少但更高强度的混凝土来代替。”她说。

Miller及其同事最近在Nature Materials上发表的一项研究描述了可持续研究领域是如何发展的；她认为，在混凝土生产过程中采用易于实施的方法进行的微小变化可以将全球温室气体排放量大幅度减少至20％左右。Mille还探讨了在混凝土生产中不太常被考虑的环境影响，例如需水量，并且已经证实生产混凝土的用水量约占全球工业用水量的20％。

有多种能耗更低的材料可用于制造水泥或替代混凝土中的水泥。Miller想知道这些替代品是如何影响混凝土和水泥的结构和热性能。它们与传统材料相比如何？ 它们的持续性如何以及当它们发生故障时会发生什么？ 它们都需要哪些原材料及其对环境产生何种影响？

对于某些应用，可以减少替代材料的使用，并通过提高结构的整体强度和耐久性来减少对环境的影响。

“耐久性可以减少材料对更换和维护方面的需求。”米勒说。

由于全球对混凝土的需求并没有减少，因此有足够的空间减少对原材料，能源使用，水的需求以及对二氧化碳排放的影响。

“这只是研究的冰山一角。” Miller说。