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更環(huán)保、更便宜:Graphene@Manchester 解決混凝土的大問(wèn)題
時(shí)間:2021-06-04    來(lái)源:曼徹斯特大學(xué)    分享:
曼徹斯特大學(xué)石墨烯專家與校友領(lǐng)導(dǎo)Nationwide Engineering建筑公司的合資企業(yè)開發(fā)了一種產(chǎn)品,可以顯著改變混凝土工業(yè)及其對(duì)環(huán)境的影響。



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曼徹斯特大學(xué)石墨烯專家與校友領(lǐng)導(dǎo)Nationwide Engineering建筑公司的合資企業(yè)開發(fā)了一種產(chǎn)品,可以顯著改變混凝土工業(yè)及其對(duì)環(huán)境的影響。


該團(tuán)隊(duì)在威爾特郡埃姆斯伯里(Amesbury, Wiltshire)的一個(gè)新體育館鋪設(shè)了石墨烯增強(qiáng)的混凝土 地板,減去了30%的材料和所有鋼筋,這是在該領(lǐng)域世界上的首次應(yīng)用。根據(jù)該項(xiàng)目后續(xù)的規(guī)模,Nationwide Engineering估計(jì)可為客戶節(jié)省10-20%。

  混凝土有什么問(wèn)題?

在建筑業(yè)中,用于制備混凝土的水泥生產(chǎn)是全球二氧化碳排放的主要活動(dòng)之一。值得注意的是,如果將混凝土看作一個(gè)國(guó)家,則它是世界上僅次于中國(guó)和美國(guó)的第三大排放國(guó),產(chǎn)生全球8%左右的CO2排放量。

與標(biāo)準(zhǔn)RC30混凝土相比,添加微量石墨烯(一種由單層碳原子制成的所謂“二D材料”)可將Concretene(含石墨烯混凝土)強(qiáng)度提高約30%,這意味著實(shí)現(xiàn)同等結(jié)構(gòu)性能所需的材料要少得多。


Nationwide Engineering的聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事總經(jīng)理AlexMcDermott,是曼徹斯特大學(xué)土木工程專業(yè)畢業(yè)生,他說(shuō):“我們很高興能夠在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用和施工這種改變游戲規(guī)則的石墨烯增強(qiáng)混凝土。與曼徹斯特大學(xué)石墨烯工程創(chuàng)新中心的合作伙伴以及HBPWConsulting的結(jié)構(gòu)工程師們一起,我們正在快速獲取知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),并通過(guò)我們的工程建設(shè)準(zhǔn)則(ConstructionFrameworks)獲得更大范圍工業(yè)應(yīng)用,我們正在成為驅(qū)動(dòng)石墨烯增強(qiáng)混凝土發(fā)展應(yīng)用的公司?!?/span>


   這對(duì)建筑行業(yè)意味著什么?


Nationwide Engineering在制定三個(gè)五年期Network Rail(軌道網(wǎng))的工程建設(shè)準(zhǔn)則,以及兩個(gè)七年期政府皇冠商業(yè)建筑準(zhǔn)則。Network Rail 承諾在未來(lái)四年內(nèi)將CO2排放量減少11%,石墨烯增強(qiáng)混凝土顯示出很大潛力幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的。


例如,HS2 高速鐵路項(xiàng)目預(yù)計(jì)將使用1970萬(wàn)噸混凝土,產(chǎn)生約500萬(wàn)噸CO2(約占英國(guó)年CO2排放量的1.4%)。而這只是混凝土生產(chǎn)所產(chǎn)生的排放,沒(méi)有包含將材料運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)所需數(shù)十萬(wàn)次火車和卡車運(yùn)輸產(chǎn)生的排放。


雖然低風(fēng)險(xiǎn)的地板與高速鐵路在(混凝土)性能要求方面有一定差異,但在各種工程應(yīng)用中減少30%的材料用量,將顯著地改變建筑業(yè)對(duì)環(huán)境的影響和成本。


該技術(shù)在全球建筑業(yè)供應(yīng)鏈中推廣,有可能將全球排放量減少2%。


  石墨烯增強(qiáng)混凝土是如何工作的?


流態(tài)混凝土通過(guò)稱為水化和膠凝的化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)成固態(tài),即拌合物中的水和水泥發(fā)生反應(yīng)的漿體隨著時(shí)間的推移會(huì)變干和變硬。


石墨烯通過(guò)機(jī)械支撐作用和作為催化劑表面改變了初始水化反應(yīng),在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)更好的粘接,從而改善了成品的強(qiáng)度、耐久性和耐腐蝕性。


非常重要的是,Concretene可以像標(biāo)準(zhǔn)混凝土一樣使用,這意味著在配料或鋪筑過(guò)程中不需要新設(shè)備或培訓(xùn),成本節(jié)約可以直達(dá)客戶。


Graphene@Manchester團(tuán)隊(duì)在埃姆斯伯里 (LR) 施工現(xiàn)場(chǎng):Craig DawsonHappinessIjije、LisaScullion

石墨烯工程創(chuàng)新中心的應(yīng)用經(jīng)理Craig Dawson博士進(jìn)一步解釋說(shuō):“我們已經(jīng)生產(chǎn)了一種使用方便的基于石墨烯外加劑混合物。這意味,在配制生產(chǎn)混凝土工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)中,可以直接添加我們的外加劑,因此對(duì)于生產(chǎn)或澆筑地板的施工人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有發(fā)生變化。”
“我們能夠做到這些,是與來(lái)自大學(xué)機(jī)械、航空航天和土木工程系的同事一起,對(duì)我們使用的材料進(jìn)行深入研究,并且我們可以定制該方法從而使用任何供應(yīng)商的石墨烯,這樣就不依賴于單一供應(yīng)商,”他補(bǔ)充道。“這使得Concretene是一個(gè)更可行的方案,因?yàn)楣?yīng)安全性提高了?!?/span>

在埃姆斯伯里(Amesbury),5月6日現(xiàn)場(chǎng)初始澆筑234m2的Concretene(含石墨烯混凝土);5月25日(星期二)再澆筑了495m2以完成該混凝土地板。5月25日澆筑使用的石墨烯由Versarien plc提供。

NationwideEngineering將在裝修和后續(xù)運(yùn)營(yíng)期間管理和監(jiān)控該場(chǎng)地,使南區(qū)體育館(本身就是一個(gè)碳中和方案)很好地成為一個(gè)測(cè)量和評(píng)估材料性能的“活實(shí)驗(yàn)室”。

該項(xiàng)目由 Nationwide Engineering、Innovate UK和歐洲區(qū)域發(fā)展基金的 Bridging the Gap項(xiàng)目資助,曼徹斯特大學(xué)石墨烯工程創(chuàng)新中心 (GEIC) 和機(jī)械、航空航天和土木工程系 (MACE) 的合資企業(yè)實(shí)施。

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