水泥的獨家特寫

材料牛注：水泥在我們的生產和生活中扮演著越來越重要的角色，而在這一領域目前又有了新的突破，通過對其成分的分析加以數學計算大大提高了生產效率，降低了環境污染，抓緊來看看吧，一定對你有幫助。

萊斯大學科學家們致力于更深入地了解世界上最廣泛使用的人造材料——水泥。他們已經對先前未開發的方面做了細致的研究，包括制造過程所需能量及溫室氣體所帶來的影響。

萊斯實驗室的材料科學家Rouzbeh Shahsavari開發的技術能分析并觀察到二鈣硅酸鹽（亦稱：水泥石）中的位錯。二鈣硅酸鹽是硅酸鹽水泥的一種組分。他們詳細介紹了五種不同類型的技術是如何易于水泥的制造和提高其極限強度的。該研究成果發布在了Cement and Concrete Research上。

“雖然水泥石是天然的晶體，但是晶體非常小，并且材料沒有固定的形狀，以致于沒有人能很清楚的觀察到它們。通過微調水泥中的混凝土可以幫助節約能源，這反過來又能減少碳的排放。”Shahsavari說，“用原子透鏡觀察硅酸鹽晶體的力學和水反應性的缺陷可以為調整水泥熟料的研磨能耗和提高混凝土的強度提供新的見解， 這兩個因素都可以顯著促進節能，并減少由于混凝土的生產和使用而造成的環境污染。”

硅酸鈣是工業熟料中的關鍵成分，通過對其加以研磨并與水混合的方式制備水泥。與三鈣硅酸鹽（水泥中更主要的成分）相比，水泥石可以在更低的溫度下生產。該溫度至少為100攝氏度（212華氏度）以下，因此水泥石更加經濟。然而，它難以研磨且與水反應更慢，這會推遲水泥泥漿的硬化。 Shahsavari認為這些問題阻止了混凝土中基于硅酸鹽的水泥的廣泛使用，但他的實驗室開創了可能帶來變革的方法。

含鈣、硅和氧的水泥石晶體主要存在兩種不同形式：單斜晶、斜方晶。兩者在原子級別上具有不同的作用效果。 萊斯大學的研究人員將它們細分成五種不同的多晶晶體。 通過對其進行計算機模擬和高分辨率電子顯微鏡觀察，他們確定了一種單斜晶型，稱之為beta-C2S，它是最脆的，同時也可能是最適合低能量制造的水泥。

Shahsavari認為這項研究為具有水泥特性的材料的全方位設計提供了新的見解。他說:“結合原子級別計算和高分辨率電子顯微鏡，可以獲得關于水泥中主要成分物理性質的了解。使基于水泥石晶體的材料像最新應用在 “缺陷工程”中的金屬和半導體一樣，用來提高材料的可制造性和應用性能。我們預計這將帶來節能和環境效益。”

原文鏈接：Cement gets its close-up.

文獻鏈接：Edge dislocations in dicalcium silicates: Experimental observations and atomistic analysis.

本文由編輯部楊超提供素材，阮英杰編譯，朱曉秀審核，點我加入材料人編輯部。