MIT 使用塑膠廢料將混凝土強度提升15%

將塑膠回收,加入混凝土中( 圖:MIT News )

塑膠是一種難以分解的工業產物,現已造成海洋嚴重的污染。而日前,麻省理工學院( Massachusetts Institute of Technology )一個學生團隊,成功發現到一種製程方法,將塑膠回收後,加入混凝土內,藉此提升混凝土的強度,並同時減少傳統混凝土製程的碳排放。

混凝土是僅次於水之後,在現代最常使用到的一種材料。其製造過程釋放的碳排放量,佔了人類活動所釋放碳排的 4.5 % 。只要能改變其中一部份的原料,對於減少碳排放的貢獻就能大幅地提升。

製程方法

在過去也有試著將塑膠加入混凝土的實驗,但製造出來的混凝土的強度往往比正常混凝土更低。而麻省理工的兩位學生,卡羅琳·謝弗( Carolyn Schaefer )和麥寇爾·奧特加( Michael Ortega ),他們研究發現將塑料經伽馬輻射照射後,會改變其中的晶體結構,進而強化塑料的強度。

藉由這種特性,他們使用聚對苯二甲酸乙二酯( polyethylene terephthalate ,簡稱 PETP),一種常用於塑膠瓶的高分子材料,以伽馬輻射照射後,將其磨碎成粉末加入混凝土中。並且同時測試不同強度伽馬輻射照射的塑料對混凝土強度的影響。其強度測試結果顯示,經高強度伽馬輻射照射的塑料,比一般水泥製成的混凝土,強度高 15 %。

晶體結構

他們將此樣本帶往麻省理工的材料科學與工程中心( Center for Materials Science and Engineering ),以 X 光繞射、背向散射電子顯微鏡及 X 光斷層掃描,三種方法分析。發現經照射後 PETP 的晶體結構,比起一般 PETP 具有更高密度的分子連結。這種晶體結構在加入混凝土後,可以減少其中的空孔,使密度提升,進而增加強度。

未來發展

伽馬輻射與一般輻射不同,在大部分的情況下,都不會殘留輻射。因此此種結構的混凝土並沒有輻射污染的問題。目前此團隊也正在進行更進一步的研究,進行各種高分子塑料的測試及製程方法的優化。

儘管 1.5 % 的含量看似微不足道,但以混凝土所佔全球碳排放量的比例來看。改變這 1.5 % 的成分,相當於 0.0675 % 的人類活動碳排放,這比例以巴黎協議之目標來看,是極為可觀的。此種新的混凝土不僅能增強強度,同時也解決了當今兩大環境問題:塑膠的回收及碳排放的減量。對於未來的發展性,令人期待。

 

參考資料:

  1. Jennifer Chu | MIT News Office. (2017, October 25). MIT students fortify concrete by adding recycled plastic. Retrieved November 05, 2017. MIT News
Kyle
實習編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。