利用火山化学重新发明水泥,创造更可持续的建筑材料
2025-07-24 10:20
来源:斯坦福大学
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公元79年,罗马作家老普林尼在《自然史》中惊叹于尘埃遇水变石头的现象,他所描述的普特奥利火山灰(即如今的火山灰),遇水后会变成坚硬石头,正是这种特性造就了万神殿等耐久度惊人的建筑,其混凝土穹顶历经近2000年仍屹立不倒。

如今,日常摩天大楼和住宅的支柱多为水泥。水泥生产需将石灰石加热到1400°C以上进行煅烧,此过程排放的二氧化碳约占全球总量的8%,是全球变暖最大的工业排放源之一。

更环保的水泥实践——从熟料罐到实验室制作的砂浆样品,再到受大理石和石灰华启发的水泥地貌纹理。图片来源:Jacob Long | 样品:Chengyao Liang | 地貌纹理:Mia Maria Pique

为应对这一后果,地球与行星科学副教授蒂齐亚娜·瓦诺里奥(Tiziana Vanorio)借鉴波佐利火山的化学原理,重新发明了一种碳足迹显著降低的水泥。瓦诺里奥从家乡波佐利火山的弗莱格瑞火山地区获取灵感,与斯坦福大学的同事(包括材料科学教授阿尔贝托·萨利奥和化学工程副教授马泰奥·卡涅洛)共同探索出一种新方法。他们利用比普通火山灰储量丰富得多且已自然加热的岩石进行混合设计,这种岩石不含加热时会释放二氧化碳的碳酸盐。

瓦诺里奥表示:“地球就是这样的,我受到大自然粘合岩石的启发,并与同事们一起运用科学和工程技术,将其进一步发展。”通过将天然“预煮”火成岩的研磨混合物转化为人造火山灰状粘合剂,瓦诺里奥的实验室找到了在材料内部有目的地生长微观纤维网络的方法,模拟了岩石沉积物的自然胶结,而传统混凝土通常通过引入钢筋来加固。

目前,瓦诺里奥和她的同事最近成立了Phlego公司,该公司将获得斯坦福大学的技术许可,把这种更环保的水泥推向市场。鉴于瓦诺里奥诞生于波佐利,Phlego可谓“火山灰”的结晶,无论是名称还是实际意义皆是如此。

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