一項(xiàng)發(fā)表于《自然·通訊》的研究論文介紹了一種新型超聲輔助碳化技術(shù)，用于制造多功能亞微米級多孔水發(fā)泡膠凝材料。該研究指出，傳統(tǒng)發(fā)泡混凝土因難以控制孔隙結(jié)構(gòu)，常在降低密度時犧牲機(jī)械強(qiáng)度與耐久性。研究團(tuán)隊(duì)受氣凝膠溶劑限域效應(yīng)啟發(fā)，提出利用二氧化碳碳化強(qiáng)化顆粒相互作用，并將自由水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水以細(xì)化孔隙。由于單純碳化無法在高含水率下有效防止離析，團(tuán)隊(duì)在碳化過程中引入超聲波，通過聲空化作用促進(jìn)水泥顆粒分散、加速二氧化碳傳輸與碳化反應(yīng)，并推動凝聚凝膠形成。

實(shí)驗(yàn)采用三步法工藝：首先在水灰比0.80的條件下同步注入超聲波與二氧化碳進(jìn)行混合，使水分穩(wěn)定限域于增強(qiáng)絮凝網(wǎng)絡(luò)內(nèi)；隨后快速凝膠化與碳酸鹽沉淀通過改善膠體相互作用、提高堆積密度及生成水化硅酸鈣凝膠橋接顆粒，進(jìn)一步加固網(wǎng)絡(luò)；Zui后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與干燥去除殘留水分，形成具有細(xì)化亞微米孔隙的硬化材料。研究對比了常規(guī)混合、僅超聲、僅碳化等不同條件及5至20分鐘的處理時長，并調(diào)整了超聲功率、二氧化碳注入速率、頻率等參數(shù)。

測試數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)15分鐘超聲碳化的UC15樣品孔隙結(jié)構(gòu)顯著細(xì)化，96.8%的孔隙小于200納米，98.5%小于1000納米。其比壓縮強(qiáng)度達(dá)22.5 kN·m·kg?1，較同密度發(fā)泡混凝土對照樣Zui高提升162%。該材料還表現(xiàn)出更穩(wěn)定的抗裂性與彎曲強(qiáng)度，在2000赫茲和4000赫茲頻率下的隔聲量分別提升131.8%和107%。環(huán)境性能方面，28天后單位質(zhì)量水泥的累計(jì)二氧化碳吸收量達(dá)7.11%。

研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，該成果基于已接收但尚未Zui終編輯的論文初稿，數(shù)據(jù)僅供參考且不宜視為既定結(jié)論。參數(shù)研究表明該工藝可在多種實(shí)驗(yàn)條件下生成細(xì)化孔隙，但性能高度依賴加工參數(shù)，目前仍需進(jìn)一步研究以評估其大規(guī)模生產(chǎn)的適用性。此項(xiàng)工作為通過限域水調(diào)控開發(fā)高性能輕質(zhì)膠凝材料提供了基礎(chǔ)，后續(xù)需驗(yàn)證其工程轉(zhuǎn)化可行性。

資料來源：AZoBuild；原文發(fā)布日期：2026-10-27。本文為資料編譯。