维度网讯，麻省理工学院（MIT）Masic实验室与CarbonCure Technologies公司研究人员通过原位拉曼显微光谱技术，揭示了二氧化碳（CO₂）在水泥浆搅拌过程中促进早期水化并形成更均匀、紧密编织砂浆或混凝土微观结构的精确化学机制。相关论文以《CO₂活化水泥中硅胶模板水化路径的原位拉曼光谱研究》（In-Situ Raman Spectroscopy of Silica Gel Templated Hydration Pathways in CO₂-Activated Cement）为题发表于《美国陶瓷学会杂志》（Journal of the American Ceramic Society）。

该团队利用原位拉曼显微光谱技术——一种能够识别微米尺度单个化学相的观察手段——追踪了CO₂活化水泥在24小时内的水化过程，阐明了CO₂在胶凝体系中产生早期强度增强效应的分子序列。研究发现，CO₂在早期水化中并未破坏粘结剂化学，而是促进了紧密连接的粘结剂微观结构形成。

CarbonCure首席执行官Yuliya Kravtsov表示，该研究为混凝土中的碳矿化提供了迄今最强有力的实验验证，解释了碳利用技术如何帮助生产商降低水泥用量和成本，同时获得一致的高性能混凝土。她补充称，该项技术已在超过1100万次搅拌车装载量的实际应用中得到商业验证，项目涵盖住宅建筑到复杂高层开发及基础设施工程。

MIT土木与环境工程系教授Admir Masic指出，尽管研究人员多年来观察到CO₂活化混凝土的早期强度更高，但精确机制一直难以捉摸，因为涉及的相是瞬态的且难以直接观察。通过原位拉曼显微光谱，团队实时观测了碳矿化的化学过程，发现一个高度有序、巧妙编排的序列：CO₂在整个材料中创建了硅胶支架，该结构成为更互联粘结剂的模板。这些见解为通过CO₂矿化改善混凝土性能提供了新框架。

研究团队确定，在砂浆或混凝土搅拌过程中，CO₂注入水泥浆后并非如先前理论所认为的那样，仅用碳酸钙颗粒填充孔隙空间。相反，该化合物触发了一个根本不同的三阶段水化序列。在矿化阶段（注入后四小时内），CO₂迅速形成纳米级碳酸钙颗粒，暂时将钙从其常规角色中转移，使光滑、均匀分布的硅胶网络得以发展。在过渡阶段（注入后四到八小时），CO₂被消耗，正常水化恢复，氢氧化钙与硅胶网络反应形成均匀分布的水化硅酸钙——砂浆或混凝土中的基础强度化合物。在稳定阶段（八小时后），水化以常规方式继续，填充结构并产生更均匀、互联的粘结剂，凝结更快，与参考浆体相比，早期强度提高约13%。关键的是，麻省理工学院和CarbonCure团队获得了早期CO₂矿化的首个直接视觉证据，显示碳酸钙颗粒随时间保持化学稳定，永久封存在基体中。

CarbonCure首席技术官Dean Forgeron总结认为，这是行业理解碳矿化的突破。该研究表明，矿化不仅仅是永久储存混凝土中的二氧化碳，它从水化最初时刻就积极影响粘结剂微观结构，行业可利用这种化学作用来提高水泥效率和盈利能力，同时提供相同高质量的产品并满足最苛刻的项目规格。

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