水泥生產(chǎn)是一個高耗能的過程，如果能夠找到一種合適的低耗能替代品，定會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和社會效益。
火山灰是火山活動的產(chǎn)物，廣泛存在于活火山和非活火山周圍。目前為止，還沒有找到一種有效的利用價值。當(dāng)火山灰遇到水泥，兩個不相干的物品會碰撞出怎樣的火花呢？
麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系的Stephanie Chin說：“生產(chǎn)水泥需要耗費大量的能源，因為涉及到高溫。這是一個多階段的過程。“是尋求替代品的主要動機，火山灰在高溫高壓下形成。”
麻省理工學(xué)院的研究人員表示，火山灰與水和其他材料結(jié)合可以制造類似水泥的糊狀物時，其具有方便的自然特性，這種配方生產(chǎn)的水泥有許多優(yōu)點。。
在探索這種新型添加劑的潛力時，Chin領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開始研究現(xiàn)有的有關(guān)水泥生產(chǎn)過程中所涉及的不同工業(yè)過程的“隱含能源”的數(shù)據(jù)。這是指用來做粉碎巖石，固化水泥或制作混凝土等的總能量。使用這些數(shù)據(jù)，團隊計算了含有不同比例火山灰的水泥配方的總體能量，范圍從10％到50％。然后他們在實驗室生產(chǎn)一些樣品。
研究人員發(fā)現(xiàn)，用火山灰替代50％的傳統(tǒng)水泥，其顆粒大小為17微米，所形成的混凝土的隱含能源減少了16％，盡管這阻礙了材料的整體強度。將火山灰顆粒減少到6微米左右的大小，通過為水和水泥粘結(jié)在一起創(chuàng)造更多的表面積，極大地提高了它的強度。
然后，他們打算將這些知識應(yīng)用于現(xiàn)實世界，轉(zhuǎn)向科威特一個由13棟住宅和14棟由傳統(tǒng)波特蘭水泥建成的商業(yè)建筑的社區(qū)。他們使用無人機在結(jié)構(gòu)上飛行，收集圖像和測量數(shù)據(jù)，并與地方當(dāng)局的數(shù)據(jù)結(jié)合起來計算鄰里的隱含能源。
在他們早期工作的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們計算了如何通過不同比例的火山灰來改變這種隱含能源。他們發(fā)現(xiàn)30％是他們所定的最佳比例，他們認為這將大大降低隱含能源。
麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系教授Oral Buyukozturk表示：“我們發(fā)現(xiàn)，混凝土可以用具有理想性能的天然添加劑制造，并降低隱含能源，當(dāng)您打造社區(qū)或城市時，這可以轉(zhuǎn)化為顯著的節(jié)能。”這種方法的優(yōu)點在于其靈活性。工程師可以調(diào)整配方，根據(jù)當(dāng)前的任務(wù)改變火山灰的使用量。
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