来自印度的 Mepco Schlenk 工程学院研究人员开发了一种新型混凝土混合物，旨在使建筑材料更加可持续。他们的研究直面了一项重大的环境挑战：由化石燃料使用和水泥生产引发的大气二氧化碳浓度不断上升的问题。

由 Srinivasan Revathi 领导的研究团队重点关注了两种天然添加剂。其一是具有高度多孔性的矿物——沸石，其二是富含碳的材料——竹生物炭。这两种材料都具备较大的孔隙体积和很高的比表面积，这些特性使其非常适合捕获气体分子。

测试更强韧的混凝土配比

研究人员测试了多个版本的 M35 级混凝土，该标号通常用于中度交通的基础设施建设。他们分别用占总量 25% 和 50% 的沸石替代了细骨料，并以 0.5%、1% 和 1.5% 的浓度用竹生物炭替代了水泥。

每种配方都经过多项重要性能测试，包括抗压强度、劈裂抗拉强度、吸水率和抗冲击性能。研究人员希望寻找一种既能吸收更多二氧化碳又不会削弱混凝土强度，甚至能让材料变得更强韧的混合配比。

其中有一种组合在所有测试中脱颖而出。包含 50% 沸石和 1% 竹生物炭的混合物（被称为 ZB5）展现出了最佳的综合性能。

其实际抗压强度达到了 38.49 MPa，比传统混凝土高出约 7.48%；其劈裂抗拉强度达到了 4.39 MPa，较标准混合物提升了 15%。

研究人员将强度的增加归因于沸石的铝硅酸盐结构与竹生物炭硬度之间的相互作用。这些材料协同作用，似乎产生了一个更致密、更耐用的水泥基复合基质。

能够捕获二氧化碳的混凝土

强度的提升只是成果的一部分。ZB5 混合物还表现出了显著的吸收二氧化碳的能力。

当这种混凝土被放置在碳化室内时，它每天每公斤可捕获 1.2 克的二氧化碳。在七天内，气体渗透到了材料内部 15 毫米深处。

研究人员将这种碳吸收能力归功于沸石的微孔结构和竹生物炭的高碳含量。通过结合这些特性，该混凝土不仅可以作为结构材料，还能作为捕获大气中二氧化碳的介质。

土木工程系的通讯作者 Srinivasan Revathi 阐述了对这些发现的看法：“我们的工作展示了一种双赢的方法。我们不仅在创造更强的混凝土，还在将一种常见的建筑材料转变为环境治理的主动工具。通过整合沸石和竹生物炭，我们可以建造出不仅结构坚固、而且能主动清除空气中过量二氧化碳的建筑物，为城市道路和工业园区等高排放地区真正可持续的基础设施铺平道路。”

实现碳中和建筑的潜力

这一发现指向了一种开发碳中和建筑材料的可能新途径。采用 ZB5 配方制成的混凝土在二氧化碳浓度相对较高的地区将特别有用。

潜在的应用场景包括混凝土路面、高速公路防撞护栏和下水道管道。这些结构在继续履行其传统工程功能的同时，还能从周围环境中捕获部分二氧化碳。

不过，研究人员也提醒称，这项工作目前仍处于概念验证阶段，在材料得以广泛应用之前，还需要进行更多测试。

碳捕获混凝土的下一步计划

未来的研究将考察这种混凝土在长期使用中的表现，包括它是否能保持其耐用性和吸收二氧化碳的能力。

研究人员还计划测试其他形式的生物炭，在不同等级的混凝土和砂浆中评估该混合物，并研究预浸泡的生物炭是否能进一步提升其性能。

这些实验将有助于确定该技术是否能够实现更大规模的商业和工业化应用。如果成功，这种方法将为建筑行业提供一种既能生产更坚固的基础设施、又能减少建筑环境相关环境影响的有效途径。