傳統(tǒng)混凝土是由沙子、水、碎石、水泥以及各種其他骨料混合而成。水泥是混凝土混合物中的粘結(jié)劑。當(dāng)正確養(yǎng)護并干燥后，混凝土?xí)纬蓤怨探Y(jié)構(gòu)，通常用于建造橋梁、建筑物、道路和其他類型的結(jié)構(gòu)。

混凝土是全球第二大廣泛消費的產(chǎn)品，僅次于水。這顯示了它的重要性。但用于制造水泥（混凝土的關(guān)鍵成分）的氧化鈣和其他礦物的開采是不可持續(xù)的。這些礦物的自然儲量有限，而生產(chǎn)水泥所需的能源是全球變暖的關(guān)鍵因素。

研究人員一直在努力尋找水泥的替代品，已經(jīng)開發(fā)出了許多替代品，并且它們產(chǎn)生了令人印象深刻的結(jié)果。其中大多數(shù)已經(jīng)被建筑和建筑業(yè)采用，以制造替代混凝土。

Ferrock

Ferrock是水泥的替代組件，它結(jié)合了工業(yè)廢物，通常由鋼塵制成。它比水泥具有更好的吸收性，并能制造更堅固的混凝土。

固化更快

除了具有獨特的化學(xué)性質(zhì)之外，F(xiàn)errock所具有的一些技術(shù)特征使其最有可能成為水泥的替代品。就其新鮮狀態(tài)和可加工性而言，F(xiàn)errock具有類似的功能特性。此外，與OPC相比，鐵基黏合劑的固化時間要少一些，僅需碳酸化4天即可，而水泥固化需要28天。由于壓縮二氧化碳的純度不同，理論上Ferrock的固化也具有進一步加速的潛力。

強度更高

從性能的角度來看，抗壓強度和抗折強度測試表明純漿（無骨料）比OPC的可比較樣品強；就抗壓強度而言，F(xiàn)errock的典型強度為34.47-51.71MPa，有的甚至高達68.95MPa。這些值高于用于商業(yè)用途的28天固化OPC標準值。

更柔韌

彎曲試驗表明，F(xiàn)errock具有出色的彎曲響應(yīng)，其強度是OPC樣品的4倍。Ferrock糊劑的測試樣品強度平均超過8.27MPa，而類似的28天固化OPC樣品的測試樣品強度為1.90MPa。另外，在Ferrock中添加玻璃纖維甚至可以獲得更高彎曲響應(yīng)結(jié)果。

抗腐蝕

研究還表明，鐵基黏合劑在海洋環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定，暴露于鹽水中不會分解。實際上，結(jié)果表明Ferrock具有將某些鹽（尤其是氯離子）摻入礦物結(jié)構(gòu)的能力。這種捕集能力似乎可擴展到某些有毒污染物。

Papercrete 紙漿混凝土

Papercrete 是一種創(chuàng)新和可持續(xù)的建筑材料，由再生紙、水泥，有時還有其他纖維或添加劑的混合物制成。

它的環(huán)保吸引力在于紙張的回收利用，這不僅可以將廢物從垃圾填埋場轉(zhuǎn)移出來，還可以減少對新材料的需求，從而節(jié)省資源和能源。

Papercrete 的主要優(yōu)點之一是其重量輕的特性，使其易于處理和使用。它具有良好的絕緣性能，有助于提高建筑物的能源效率。

此外，與傳統(tǒng)混凝土相比，在其成分中使用再生紙使其成為更環(huán)保的選擇。

但是，Papercrete 確實有一些限制。它的強度和耐久性可能低于傳統(tǒng)混凝土，因此不適合在沒有額外支撐的承重結(jié)構(gòu)。它還可能容易受到水分吸收，需要保護性密封劑或設(shè)計考慮以防止?jié)撛诘慕到狻?

盡管存在這些缺點，但 Papercrete 為具有生態(tài)意識的建筑項目提供了一種有趣的替代方案，特別是對于非結(jié)構(gòu)元件和絕緣材料。

Timbercrete  木材混凝土

Timbercrete 是一種由鋸末和混凝土混合物制成的復(fù)合建筑材料。它作為一種環(huán)保選擇脫穎而出，主要是因為它結(jié)合了鋸末（木材行業(yè)的一種廢品），減少了垃圾填埋場的廢物并利用了現(xiàn)成的資源。

木屑的加入還意味著在其生產(chǎn)中使用更少的水泥，因為水泥的碳足跡很高。

木混凝土的主要優(yōu)點之一是與傳統(tǒng)混凝土相比，它的保溫性能更高，可以提高建筑物的能源效率。它還比標準混凝土更輕，減少了運輸排放，并且在施工過程中更易于處理。木混凝土砌塊甚至可以制成看起來像天然木材的樣子，從而提供美觀的多功能性。

然而，木混凝土的缺點包括結(jié)構(gòu)強度可能低于傳統(tǒng)混凝土，限制了它在某些承重應(yīng)用中的使用。此外，作為一種相對較新的材料，它可能不像傳統(tǒng)建筑材料那樣廣泛可用或經(jīng)過測試。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但 Timbercrete 提出了一種創(chuàng)新的可持續(xù)建筑方法，將混凝土的耐久性與回收木材的環(huán)境效益相結(jié)合。

Ashcrete

Ashcrete由回收的粉煤灰、硼酸鹽、底灰和氯化合物的混合物制成。它的不同之處在于其卓越的可持續(xù)性——用于生產(chǎn) Ashcrete 的材料中約有 93% 被回收利用。主要成分 C 類粉煤灰具有高鈣含量和最低碳含量，使其成為具有環(huán)保意識的建筑項目的理想選擇。硬化后，Ashcrete 具有令人印象深刻的特性：致密，平均重量為 1.8092 g/cm3，并且具有低滲透性，抗壓強度超過 21 MPa。

Ashcrete 成功的核心是粉煤灰的細顆粒及其火山灰特性。這些特性減少了新灰混凝土的開裂和滲出，從而降低了滲透性，從而與傳統(tǒng)混凝土相比，提高了強度和耐久性。此外，粉煤灰增強了 Ashcrete 對溫度波動和腐蝕的抵抗力，使其成為各種建筑應(yīng)用的可靠選擇。

粒化高爐礦渣（GGBS）

在鐵的生產(chǎn)過程中，礦渣通常會浮到頂部，而鐵則留在底部。這種礦渣通常被移除并在水中淬火，然后磨成細粉。與粉煤灰一樣，粒化高爐礦渣最初被認為是廢物并被填埋在垃圾填埋場中。然而，后來發(fā)現(xiàn)這種材料可以用來替代混凝土中高達80%的水泥，使其成為水泥的最佳替代品之一。

為了獲得最佳效果，仍然需要將波特蘭水泥添加到混凝土混合物中。通常，GGBS和波特蘭水泥可以按40%至60%或70%至30%的比例混合，使其成為水泥的絕佳替代品。

硅灰

這是硅制造過程的副產(chǎn)品。硅灰包含像煙霧一樣細小的顆粒。該材料可以用于制造漿狀或致密形式的混凝土。由于這種水泥替代品的成本較高，該材料通常僅用于制造適用于惡劣環(huán)境條件和其他特殊項目的混凝土。在英國，硅灰在混凝土中使用的最廣泛比例約為總水泥含量的十分之一。

可再生材料

創(chuàng)造可持續(xù)環(huán)境的關(guān)鍵在于回收廢物。這有助于減少最終進入垃圾填埋場的廢物量。它還消除了制造產(chǎn)品所需更多原材料的需求。在制作混凝土?xí)r，可以通過回收常見廢物產(chǎn)品來替代水泥和其他骨料。

例如，可以回收混凝土碎片以減少用于制造混凝土的碎石、沙子和其他骨料的數(shù)量。這有助于減少每年傾倒在垃圾填埋場中的混凝土廢物量。

玻璃也可以回收以替代一些混凝土骨料。這不僅增加了混凝土的強度，還減少了每年被填埋在垃圾填埋場中的玻璃廢物量。

廢舊輪胎可以用作水泥制造中的燃料，并消除了向水泥中添加氧化鐵的需求，因為輪胎含有一些可以提供所需氧化鐵的線材內(nèi)容。

塑料具有長壽命、耐候性，并且是骨料材料的優(yōu)秀替代品。它們可以多次回收而不影響材料的質(zhì)量。回收的塑料可以替代混凝土中高達20%的骨料材料。

基于地質(zhì)聚合物的水泥

地質(zhì)聚合物水泥是一種已知在室溫下硬化的粘結(jié)產(chǎn)品。這種物質(zhì)比水泥更快地固化，通常是在幾分鐘內(nèi)而不是幾小時內(nèi)。地質(zhì)聚合物水泥可以由工業(yè)副產(chǎn)品和最低限度加工的天然產(chǎn)品制成。

這種類型的水泥是通過混合水、粉煤灰和用戶友好的堿性試劑制成的。大多數(shù)地質(zhì)聚合物類型的水泥可以在24小時內(nèi)固化和達到其最大強度。這種類型的水泥有助于減少碳足跡并解決傳統(tǒng)混凝土的一些耐久性問題。

生物水泥

這些是通過混合尿素、氯化鈣、干粗尿素酶和水制成的。最后兩種成分通常在現(xiàn)場混合。建筑和建筑業(yè)目前正在使用許多其他類型的生物水泥，還有許多其他類型正在開發(fā)中。生物水泥是環(huán)保的，可以有效地替代混凝土。

例如一支科學(xué)家團隊正在研究如何創(chuàng)造新型生物水泥，在這種材料中，工程細胞能夠?qū)Νh(huán)境變化做出反應(yīng)，并加強其周圍的土壤。

該團隊已經(jīng)在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個基因，這些基因受到10個大氣壓的壓力調(diào)控……利用這一點，他們正在改造細菌，以創(chuàng)建一個“基因電路”，使細菌能夠通過產(chǎn)生“生物水泥”來對其環(huán)境做出反應(yīng)。

一幅藝術(shù)家筆下的細菌形成建筑地基的印象圖

研究團隊表示這項應(yīng)用預(yù)示著一種新的設(shè)計方式。想象一下，通過改變微觀細菌細胞的DNA來設(shè)計建筑規(guī)模的結(jié)構(gòu)。這樣的技術(shù)將遠遠超越當(dāng)前的技術(shù)水平，并激勵新一代工程設(shè)計師從分子到建筑環(huán)境的多個尺度進行思考，并預(yù)想用生物體進行土木工程。