- 立陶宛科研團隊開發的砂漿在高温下性能優於傳統混凝土。
- 該砂漿完全由工業和拆卸廢料製成，無需波特蘭水泥。
- 重複加熱後，砂漿的抗壓強度反而增強，顯示出其耐高温特性。
- 地聚合物建築市場對低碳建材需求推動增長，未來潛力巨大。
立陶宛考納斯科技大學（KTU）的研究人員開發了一種完全由工業和拆卸廢料製成的砂漿，並且在極端高温下的性能優於傳統混凝土。當暴露於 800°C（1,472°F）時，最佳配方的抗壓強度分別達到 34.7 MPa 和 53.0 MPa，且微裂紋的出現有限。傳統的波特蘭水泥混凝土通常在達到此温度之前便會失效。波特蘭水泥是全球大多數混凝土的主要成分，其製作需要將石灰石和粘土加熱至約 1,400°C（2,550°F）。
這一能源密集型的過程大約佔全球二氧化碳排放的 7% 至 8%。KTU 團隊則完全用一種由廢料製成的黏合劑替代，該黏合劑在更低的温度下進行化學活化。
新型黏合劑的組成
這種黏合劑由兩個組件組成。第一個是來自拆除現場的陶瓷磚廢料，經過篩選和粉碎成粉末。第二個是來自玻璃工廠的高嶺土廢料。這兩者共同形成了一種地聚合物黏合劑，無需波特蘭水泥。研究團隊隨後測試了五種不同的細骨料，分別為砂、花崗巖、玄武岩、陶瓷廢料和剛玉。在高温下，陶瓷廢料和剛玉的表現優於其他骨料。含有這些骨料的混合物在 800°C 下產生了 34.7 MPa 和 53.0 MPa 的抗壓強度，與室温下的傳統混凝土強度相當。
最反直覺的結果是重複加熱後的表現。大多數材料在經歷熱循環後會變弱，而這種砂漿卻相反。KTU 的首席研究員達努特·維奇基寧（Danutė Vaičiukynienė）表示：「我們已經可以看到，反覆暴露於高温並不會使我們的砂漿變弱，實際上它會變得更強。」這種現象可能反映了在高温下持續進行的堿活化反應，導致材料結構更加緻密，而非降解。研究團隊尚未完全表徵該機制，但這一效果在多個測試循環中始終如一。
高温耐受材料的實際應用
超越實驗室的意義在於，能夠承受極端高温的建築材料在防火安全法規之外具有實際價值。抵抗野火的建築在許多地區正日益受到重視。工業設施、隧道和高温加工廠均需要能夠耐受高温的材料。目前大多數解決方案依賴於專業產品，這些產品價格昂貴且不是由廢料製成。波特蘭水泥混凝土每年對地球的二氧化碳預算造成大約 8% 的損耗。若能用基於廢料的地聚合物砂漿替代其一部分，將對氣候產生可衡量的影響。
地聚合物建築市場預計到 2029 年將超過 210 億美元，2024 年的市場估值為 97.5 億美元。對低碳建築材料的需求推動了市場的增長。高耐火性、完全由廢料來源的原料以及在高温下的強度增長，使其成為在可持續性和安全性同樣重要的結構和保護應用的候選者。
這些研究結果最初發表在《科學報告》（Scientific Reports）期刊上。
可持續性建材的潛在影響
立陶宛科研團隊的研究顯示，利用工業廢料製成的地聚合物砂漿不僅在高温下性能卓越，還能有效減少對環境的影響。隨著全球對低碳建材需求的上升，這種新型砂漿可能成為建築行業的轉捩點。特別是在防火安全和耐高温需求日益增加的背景下，這項技術不僅能提升建築安全性，還能減少傳統混凝土的碳足跡，從而對氣候變化產生積極影響。