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更环保、更便宜:Graphene@Manchester 解决混凝土的大问题
时间:2021-06-04    来源:曼彻斯特大学    分享:
曼彻斯特大学石墨烯专家与校友领导Nationwide Engineering建筑公司的合资企业开发了一种产品,可以显著改变混凝土工业及其对环境的影响。



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曼彻斯特大学石墨烯专家与校友领导Nationwide Engineering建筑公司的合资企业开发了一种产品,可以显著改变混凝土工业及其对环境的影响。


该团队在威尔特郡埃姆斯伯里(Amesbury, Wiltshire)的一个新体育馆铺设了石墨烯增强的混凝土 地板,减去了30%的材料和所有钢筋,这是在该领域世界上的首次应用。根据该项目后续的规模,Nationwide Engineering估计可为客户节省10-20%

  混凝土有什么问题?

在建筑业中,用于制备混凝土的水泥生产是全球二氧化碳排放的主要活动之一。值得注意的是,如果将混凝土看作一个国家,则它是世界上仅次于中国和美国的第三大排放国,产生全球8%左右的CO2排放量。

与标准RC30混凝土相比,添加微量石墨烯(一种由单层碳原子制成的所谓“二D材料”)可将Concretene(含石墨烯混凝土)强度提高约30%,这意味着实现同等结构性能所需的材料要少得多。


Nationwide Engineering的联合创始人兼董事总经理AlexMcDermott,是曼彻斯特大学土木工程专业毕业生,他说:“我们很高兴能够在实际项目中应用和施工这种改变游戏规则的石墨烯增强混凝土。与曼彻斯特大学石墨烯工程创新中心的合作伙伴以及HBPWConsulting的结构工程师们一起,我们正在快速获取知识和经验,并通过我们的工程建设准则(ConstructionFrameworks)获得更大范围工业应用,我们正在成为驱动石墨烯增强混凝土发展应用的公司。”


   这对建筑行业意味着什么?


Nationwide Engineering在制定三个五年期Network Rail(轨道网)的工程建设准则,以及两个七年期政府皇冠商业建筑准则。Network Rail 承诺在未来四年内将CO2排放量减少11%,石墨烯增强混凝土显示出很大潜力帮助实现这一目标的。


例如,HS2 高速铁路项目预计将使用1970万吨混凝土,产生约500万吨CO2(约占英国年CO2排放量的1.4%)。而这只是混凝土生产所产生的排放,没有包含将材料运送到现场所需数十万次火车和卡车运输产生的排放。


虽然低风险的地板与高速铁路在(混凝土)性能要求方面有一定差异,但在各种工程应用中减少30%的材料用量,将显著地改变建筑业对环境的影响和成本。


该技术在全球建筑业供应链中推广,有可能将全球排放量减少2%。


  石墨烯增强混凝土是如何工作的?


流态混凝土通过称为水化和胶凝的化学反应凝结成固态,即拌合物中的水和水泥发生反应的浆体随着时间的推移会变干和变硬。


石墨烯通过机械支撑作用和作为催化剂表面改变了初始水化反应,在微观尺度上实现更好的粘接,从而改善了成品的强度、耐久性和耐腐蚀性。


非常重要的是,Concretene可以像标准混凝土一样使用,这意味着在配料或铺筑过程中不需要新设备或培训,成本节约可以直达客户。


Graphene@Manchester团队在埃姆斯伯里 (LR) 施工现场:Craig DawsonHappinessIjijeLisaScullion

石墨烯工程创新中心的应用经理Craig Dawson博士进一步解释说:“我们已经生产了一种使用方便的基于石墨烯外加剂混合物。这意味,在配制生产混凝土工厂的现有生产系统中,可以直接添加我们的外加剂,因此对于生产或浇筑地板的施工人员来说没有发生变化。”
“我们能够做到这些,是与来自大学机械、航空航天和土木工程系的同事一起,对我们使用的材料进行深入研究,并且我们可以定制该方法从而使用任何供应商的石墨烯,这样就不依赖于单一供应商,”他补充道。“这使得Concretene是一个更可行的方案,因为供应安全性提高了。”

在埃姆斯伯里(Amesbury),5月6日现场初始浇筑234m2的Concretene(含石墨烯混凝土);5月25日(星期二)再浇筑了495m2以完成该混凝土地板。5月25日浇筑使用的石墨烯由Versarien plc提供。

NationwideEngineering将在装修和后续运营期间管理和监控该场地,使南区体育馆(本身就是一个碳中和方案)很好地成为一个测量和评估材料性能的“活实验室”。

该项目由 Nationwide Engineering、Innovate UK和欧洲区域发展基金的 Bridging the Gap项目资助,曼彻斯特大学石墨烯工程创新中心 (GEIC) 和机械、航空航天和土木工程系 (MACE) 的合资企业实施。

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