麻省理工学院的工程师通过在混凝土中添加再生塑料来减少碳排放 2017-07-02 08:22:02

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通过向混凝土添加一些辐照塑料水瓶,麻省理工学院的工程师将塑料从垃圾填埋场中取出并降低水泥行业的碳排放量有朝一日可以使用废弃的塑料瓶来建造更坚固,更灵活的混凝土结构,从人行道和街道障碍到建筑物根据麻省理工学院的一项新研究,麻省理工学院的大学生们发现,通过将塑料薄片暴露在小而无害的伽马辐射剂中,然后将薄片粉碎成细粉,他们可以将塑料与水泥浆混合,生产混凝土

比传统混凝土高20%混凝土在水之后是地球上第二大使用最广泛的材料混凝土的制造产生了世界人类二氧化碳排放量的45%左右用辐射塑料替代了一小部分混凝土因此可以帮助减少水泥行业的全球碳足迹重新使用塑料作为混凝土添加剂es还可以重新引导旧的水和汽水瓶,其中大部分将最终进入垃圾填埋场“每年都有大量的塑料被填埋,”麻省理工学院核科学系助理教授迈克尔·肖特说

工程“我们的技术将塑料从垃圾填埋场中取出,将其固定在混凝土中,并且使用较少的水泥来制造混凝土,从而减少二氧化碳的排放量

这有可能将塑料垃圾填埋场的垃圾从垃圾填埋场排入建筑物,实际上它可以帮助他们变得更强大“团队包括Carolyn Schaefer '17和麻省理工学院高级Michael Ortega,他将这项研究作为一个班级项目启动; Kunal Kupwade-Patil,土木与环境工程系的研究科学家; Anne White,核科学与工程系副教授; OralBüyüköztürk,土木与环境工程系教授;阿贡国家实验室的Carmen Soriano;这篇新论文发表在“废物管理”杂志上“这是我们在实验室的专注努力的一部分,我们致力于让本科生在杰出的研究经验中处理创新,寻找具有不同化学成分的各种添加剂的新型,更好的混凝土材料“基础设施科学与可持续发展实验室主任Büyüköztürk说道

”这个本科生项目的研究结果为寻求可持续基础设施的解决方案开辟了一个新领域“一个想法,结晶的Schaefer和Ortega开始探索可能性塑料钢筋混凝土作为22033(核系统设计项目)的一部分,要求学生们选择他们自己的项目“他们想找到降低二氧化碳排放的方法,不仅仅是'让我们建造核反应堆',”肖特说:“混凝土生产是最大的二氧化碳来源之一,他们开始思考“我们怎么能攻击那个

”他们浏览了文献,然后一个想法明确了“学生们了解到其他人试图将塑料引入水泥混合物中,但是塑料削弱了生成的混凝土进一步研究,他们发现了暴露的证据塑料与伽马辐射的剂量使材料的晶体结构发生变化,使塑料变得更坚固,更坚硬,更坚韧

照射塑料实际上是否会加强混凝土

为了回答这个问题,学生们首先从当地的回收设施Schaefer和Ortega那里获得了聚对苯二甲酸乙二醇酯片 - 用于制作水和苏打瓶的塑料材料 - 手工分拣片状物以去除金属和其他碎屑

然后他们走塑料样品一直到麻省理工学院8号楼的地下室,那里有一个发射伽马射线的钴-60辐照器,这是一种辐射源,通常用于商业用于净化食物“这种辐射没有残留的放射性,”Short说“如果你将物质粘在反应堆中并用中子照射它会产生放射性但伽马射线是一种不同类型的辐射,在大多数情况下,不会留下任何辐射痕迹“该团队将各批次的薄片暴露在低温或高温下剂量的伽马射线 然后,他们将每批薄片研磨成粉末,并将粉末与一系列水泥浆样品混合,每种样品都含有传统的波特兰水泥粉末和两种常见的矿物添加剂之一:飞灰(煤燃烧的副产品)和硅粉(a)硅生产的副产品)每个样品含有约15%的辐照塑料一旦样品与水混合,研究人员将混合物倒入圆柱形模具中,使其固化,取出模具,并对得到的混凝土圆筒进行压缩试验

每个样品的强度,并与使用常规,未经辐照的塑料制成的类似样品以及不含塑料的样品进行比较他们发现,一般来说,普通塑料样品比没有任何塑料的样品弱

混凝土带有苍蝇灰烬或硅灰比仅用波特兰水泥制成的混凝土强,并且辐照塑料的存在增强了混凝土的性能此外,与使用波特兰水泥制成的样品相比,其强度提高了20%,特别是在使用高剂量辐照塑料的样品中前方的混凝土路面在压缩测试之后,研究人员更进一步,使用各种成像技术检查样品的线索,了解为什么辐照塑料产生更强的混凝土团队将样品带到麻省理工学院阿贡国家实验室和材料科学与工程中心(CMSE),用X射线衍射,背散射电子显微镜对其进行分析,和X射线显微断层图高分辨率图像显示含有辐照塑料的样品,特别是高剂量的样品,呈现出更多交联或分子连接的晶体结构

在这些样品中,晶体结构似乎也阻塞了混凝土中的孔隙,使得样品更致密,因此更强“在纳米水平,这种辐照塑料的影响混凝土的结晶度,“Kupwade-Patil说”辐照后的塑料具有一定的反应性,当它与波特兰水泥和粉煤灰混合时,三者一起给出了神奇的配方,你就会得到更强的混凝土“”我们观察到了我们的测试程序的参数,辐照剂量越高,混凝土的强度越高,因此需要进一步研究以调整混合物并优化辐照过程以获得最有效的结果,“Kupwade-Patil说”该方法具有实现可持续解决方案的潜力,提高结构和非结构应用的性能“展望未来,该团队正计划尝试不同类型的塑料,以及不同剂量的伽马辐射,以确定它们对混凝土的影响目前,他们已经发现用辐照塑料替代约15%的混凝土可以显着提高其强度虽然这可能看起来像一个小的fra Short说,在全球范围内实施,甚至取代那些数量的混凝土也会产生重大影响“混凝土产生了全世界约45%的二氧化碳排放量,”Short说“取出15%的产品,你就是已经在谈论世界二氧化碳排放量的00675%这一切都是大量的温室气体“”这项研究是跨学科多项工作创造性解决方案的完美范例,代表了一种模范教育体验,“Büyüköztürk说出版: Carolyn ESchaefer等人,“辐照再生塑料作为混凝土添加剂,用于改善化学机械性能和降低碳足迹”,废物管理,2017年; doi:101016 / jwasman201709033资料来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻