传统混凝土路面施工

造成气候变化的一个重要因素其实就在我们脚下，混凝土公路。改变混凝土可能是防止温室气体进入大气层的有力解决方案。水泥是混凝土中的粘合剂，其生产占2018年全球二氧化碳排放总量的7%。混凝土是地球上常用的资源之一，全世界每年生产约260亿吨混凝土。这一产量预计至少在未来20年内不会放缓。

考虑到混凝土行业的规模及其温室气体排放量之大，改造混凝土的技术可能对气候变化产生深远影响。所以土木工程师和环境工程师一直在努力开发新一代混凝土技术，以减少基础设施的碳足迹、碳排放，并提高混凝土的耐久性。工程师们研究的新型混凝土包括可大量注入二氧化碳的混凝土，这种混凝土可以吸收、锁住并储藏温室气体二氧化碳，而且更加坚固，甚至可以弯曲。

据美国科学家调查，目前该行业面临重大变革的时机已经成熟，尤其是拜登(Biden)政府承诺在基础设施项目上大举投资，同时期望大量减少美国的碳排放。然而，要以混凝土的形式在大范围内大幅减少二氧化碳的排放，就必须考虑到所有与之相关的排放。

新型混凝土

新型混凝土减少二氧化碳的排放

混凝土是由胶凝材料和颗粒状集料，主要是岩石和沙子，以及水泥和水组成的。因为混凝土80%的碳排放是由水泥贡献的，所以研究人员一直在努力寻找能够替代水泥的材料，以希望减少温室气体的排放。

工业副产品如铁渣和粉煤灰现在经常被用来制备混凝土，以减少水泥的使用。由于这一变化，生产出来的混凝土可以显着降低排放。替代粘合剂，如石灰石煅烧粘土，也可以减少水泥的使用。研究发现，使用石灰石和煅烧粘土可以减少至少20%的碳排放，同时还能降低生产成本。

新型混凝土每年可吸收14亿吨二氧化碳

除了开发混合水泥外，研究人员还专注于如何将捕获的二氧化碳用作混凝土的成分，将其封锁在混凝土中，防止其进入大气中。二氧化碳可以以聚集体的形式加入，也可以在混凝土浇筑中注入。这个过程就是碳化固化（Carbonization curing），又称二氧化碳固化。碳化固化是一个二氧化碳和水泥中含钙化合物之间的反应，反应放热，可在浇筑后24小时内应用于混凝土制品。

水泥材料的碳化固化是一种二氧化碳捕集和封存技术，被认为是有前途的二氧化碳利用方法之一。这些过程将二氧化碳气体转化为矿物，产生固体碳酸盐，也可以提高混凝土的强度。这意味着建筑可能需要更少的水泥，从而减少碳排放量。CarbonCure和Solidia等公司已经开发出技术，将这些工艺用于建筑工地浇注混凝土和预制混凝土，如煤渣砖和其他建筑材料。

科学家们发现可弯曲混凝土

可弯曲混凝土

在密歇根大学(University of Michigan)，科学家们正在研究复合材料，生产一种可弯曲的混凝土材料，这种材料允许更薄、更不脆的结构，需要更少的钢筋，进一步减少碳排放。这种材料可以被改造成大限度地储存二氧化碳，方法是使用更小的颗粒，它们很容易吸收二氧化碳并与之反应，将其转化为固体矿物质，从而储存在混凝土中。

基于二氧化碳的可弯曲混凝土可用于一般建筑、水和能源基础设施以及交通基础设施中。可弯曲混凝土已经应用在日本大阪61层的北滨大厦，以及密歇根州伊普斯兰蒂的路桥板。

可弯曲混凝土

新型混凝土能减少二氧化碳净排放吗？

尽管以上这些尖端技术可以解决混凝土基础设施的碳排放问题，但障碍仍然存在。在2021年2月8日发表的一项研究中，科学家们预计到2050年，新型混凝土将每年吸收10-14亿吨二氧化碳，显着减少碳排放，大大降低混凝土的温室气体排放量。但是，这个估计并没有综合考虑二氧化碳的捕获、运输和利用、混凝土抗压强度的变化以及混凝土生产过程的不确定性和可变性。

通过考虑这些因素，科学家计算了混凝土生产和使用中的二氧化碳净排放量，包括二氧化碳固化的混凝土以及使用新材料来替代传统水泥生产的混凝土。结果表明，新型混凝土的二氧化碳净排放有很大可能是增多的，数据统计发现56-68%的新型混凝土其实增加了二氧化碳净排放。

密歇根州伊普斯兰蒂的路桥板由可弯曲混凝土做成

所以，科学家们建议制定一个标准的二氧化碳固化方案。试验表明，二氧化碳固化可以提高混凝土的强度和耐久性，但具体的固化程序和混凝土配比对效果影响很大，其效果也不同。需要进一步研究可以改善固化过程的条件和时间，以提高混凝土的性能，并真正达到吸收和封存二氧化碳的目的。

二氧化碳固化过程中大的碳排放源其实是电的使用，但是可以通过简化过程以及利用废热来减少电的使用。混凝土混合料，特别是可弯曲混凝土，可以通过增加耐久性来解决这些问题。

北滨大厦是日本高的住宅楼，用可弯曲的混凝土建造，具有抗震性能。

将基础设施和环保政策结合起来

2020年，许多国际大公司宣布了减少碳排放的措施。然而，建筑业的转型仍然需要政府的投资和采购政策。在美国，很多地方政府正在迈出步。“低碳混凝土”的规定和减少混凝土中水泥用量的项目在美国各地涌现，包括加利福尼亚州的马林县，纽约的哈斯丁，还有在俄勒冈州波特兰市进行人行道试点。

在纽约和新泽西，立法者提出了州级政策，在投标过程中对混凝土碳排放低的提案提供价格折扣。这些政策可以作为减少混凝土生产和其他建筑材料碳排放的蓝图。美国拜登政府有望开始解决美国基础设施问题，以及气候变化问题，并通过一项战略性的基础设施项目创造就业机会。

美国交通部长皮特·布蒂吉格(Pete Buttigieg)近宣布，“在推进美国的基础设施建设方面，存在着创造就业、公平和气候成就的巨大机会。”将低碳混凝土提升为解决世界性气候问题的政策方案也会随之而来，也许全世界都将受益。

可弯曲混凝土

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