近日,深圳大學教授吳宇飛和山東大學教授張峰的聯合研究團隊開發了壓縮澆筑混凝土技術。在該技術中,對新拌混凝土施加高壓以擠出混凝土中的空氣和多余的水分,提高混凝土的密實度,從而使混凝土具有更大的強度、更高的耐久性、更低的成本和更少的碳排放。它還為在優質混凝土中使用廢棄物(包括建筑垃圾、廢舊輪胎、各種生活垃圾如塑料制品等回收材料)鋪平了道路。該技術獲得2024年第49屆日內瓦國際發明展金獎,該創新在一定程度上有望重塑混凝土制造行業的未來。
據悉,大約35%的垃圾填埋場由建筑業產生,全球每年處理數百萬噸的建筑固體廢棄物;同樣,全球每年大約產生10億條廢棄汽車輪胎,其中大多數最終都被填埋;加上各種生活垃圾這些廢棄物造成了各種各樣的生態環境問題。關于這一全球性問題,聯合國環境規劃署發表的一份展望報告說,"當大量城市或工業固體廢物在露天傾倒或焚燒時,對空氣、地表水和地下水、土壤以及沿海和海洋環境造成了不利影響,從而間接對公眾健康造成影響。
另一方面,混凝土是一種廣泛使用的建筑材料,它大量消耗水泥、沙子和巖石等自然資源,嚴重影響環境。節約自然資源的一個可行途徑是將廢棄物回收再利用,用來制造混凝土產品。在混凝土生產過程中,回收廢棄物用來替代骨料通常被認為是解決廢物帶來的生態環境問題的一種有效方法。然而,當廢棄物被用作混凝土生產中的骨料時,混凝土的性能會大幅降低,比如用粉碎后的廢舊輪胎替代骨料時,混凝土強度可下降達85%。
利用深圳大學教授吳宇飛和山東大學教授張峰團隊研發的壓縮澆筑技術,可大幅提高廢棄物混凝土的性能,成功實現了廢棄物混凝土性能超過或接近普通混凝土。這項技術可以顯著提高任何混凝土材料(包括廢棄物混凝土)的強度和耐久性,比如橡膠混凝土、再生骨料混凝土、沙漠砂混凝土,甚至普通混凝土。團隊實驗結果表明,相比于普通澆筑混凝土,壓縮澆筑混凝土可成倍提高混凝土強度。在相同的混凝土強度下,與傳統混凝土相比,該技術還可以節省水泥用量達50%,從而降低成本和碳排放。
吳宇飛說:“我們在不使用任何額外材料的情況下,提高了廢棄物混凝土的性能,這是一種可行和實用的解決方案,解決了在混凝土中回收廢物所帶來的性能降低問題。”該技術的一個亮點是為可持續的建筑業制造環保和“綠色”混凝土。
正如聯合國工業發展組織(United Nations Industrial Development Organization)發布的《支持綠色工業的政策》(Policies for supporting Green Industry)文件所概述的那樣,“對清潔技術、降低環境風險和資源管理(包括循環利用和資源回收)的服務和產品的需求實際上正在顯著增長”。因此,這個研究成果為創造一個更環保的建筑業和在廢物管理方面產生真正的影響做了一點實事。
研究團隊成員胡彪、袁方和高磊等介紹表示,該技術已在山東高速公路的路緣石中開展大規模應用,可降低高速公路路緣石養護費50%。同時在京雄商高鐵的邊坡防護工程中開展了技術應用。團隊現在正進一步尋求與預制混凝土行業合作,以便能夠制造更多的混凝土產品,包括混凝土磚、路邊護欄、鐵路軌枕、墻板、梁板等產品。據介紹,這項技術可以很容易地應用于預制混凝土行業,只需要在生產的最后階段增加一個額外的壓縮步驟,對現有制造過程的改動很少即可實現大幅提高混凝土性能和生產“綠色”混凝土的隊正在努力將該成果打造成為學術界與工業界成功合作的典范 。