生物与农用起泡剂对混凝土废料制备多孔陶瓷材料的影响

把旧混凝土变成有用的新材料

在全球范围内，城市迅速扩张，与之相伴的是拆除建筑产生的大量破碎混凝土。这些碎石大多被填埋，占用空间并浪费自然资源。本研究探讨了一种富有创造性的途径：将废混凝土转化为轻质多孔陶瓷砖，用于帮助建筑保温或隔热，过程中使用面粉、酵母、锯末和小麦秸秆等日常材料。

为什么孔隙与空洞可能是一件好事

研究者关注一种富含微小孔隙的特殊陶瓷。这些孔隙可以是开放且连通的，允许气体和液体通过，也可以更封闭，将空气困住。此类材料因能减缓热流并可过滤颗粒而适用于过滤器、燃烧器和保温板等用途。通过以破碎废混凝土为起料并加入简单的有机成分，团队旨在构建多孔结构，而无需依赖昂贵的合成化学品。

用废混凝土和厨房常备品“烹饪”

制备这类材料时，团队将旧混凝土干燥并粉碎，与砂、水和玉米淀粉混合，然后加入若干起泡助剂之一：小麦面粉、酵母、泡打粉、锯末或小麦秸秆。淀粉既充当粘结剂又是气体来源；在加热时它膨胀、燃烧并留下空隙。加入的起泡助剂在烧结过程中产生额外气体或被烧掉，形成更多孔隙。将混合物搅拌成浆状，轻微加热以促使气泡生长并固定，然后先在900°C烧成，最后在1200°C、1250°C或1300°C的更高温度下烧结以硬化并增强砖体强度。

起泡助剂的选择如何塑造材料

测试结果表明，烧结温度与起泡助剂共同决定最终陶瓷的致密度、强度与隔热性能。随着烧结温度升高，孔隙趋于收缩或部分闭合，因此大多数样品的孔隙率下降但密度与强度上升。面粉与酵母制得的材料孔隙率很高，面粉基样品的孔隙率超过其体积的一半，同时仍形成了连通的孔隙网络。含较大颗粒的锯末与秸秆导致更大且更不均匀的孔洞，但总体上仍保持较高孔隙率。相比之下，泡打粉产生的孔隙相对较小，并且在最高温度下促成了更多玻璃相，使其孔隙率较其他样品下降更多。

在强度、轻质与热流之间取得平衡

力学与热学测量揭示了重要的权衡关系。孔隙越多的样品通常抗压强度越低，但具体孔径与孔形也会影响强度。基于锯末的陶瓷在强度方面表现突出，1300°C时抗压强度超过5兆帕，同时仍保持约38%的体积为空隙。面粉基陶瓷强度略低，但孔隙率很好且热传递率最低，因而在保温方面很有前景。热透过率与热导率测量显示，与简单的混凝土基样相比，所有有机添加剂都降低了热流，面粉、酵母与锯末作为天然隔热剂表现最佳。

从建筑废料到未来的保温与过滤材料

总体而言，该研究表明可以用常见的生物与农业副产物替代昂贵的工业化学品，将破碎混凝土转化为有用的多孔陶瓷。通过调节烧结温度和起泡助剂类型，可以在强度、重量与保温之间实现调谐。所得材料有望用于燃烧器、过滤装置和耐热衬里，同时还能减少填埋废弃物和对新矿物原料的需求。对非专业读者而言，关键的信息是：像面粉、酵母和锯末这样的日常材料，能够把建筑碎料转变为更聪明、更可持续的建筑材料。

引用: Khattab, R.M., Abo-Almaged, H.H., Ali, .M. et al. Effect of biological and agricultural foaming agents on concrete waste for the preparation of porous ceramic materials. Sci Rep 16, 15463 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52176-5

关键词: 多孔陶瓷, 混凝土回收, 热绝缘, 锯末和稻草, 起泡剂