當(dāng)OPC在混凝土生產(chǎn)過程中與水，沙子和礫石材料混合時(shí)，它會(huì)變成高堿性，為碳酸鹽材料形式的二氧化碳的封存和長期儲(chǔ)存創(chuàng)造了看似理想的環(huán)境（該過程稱為碳酸化）。盡管混凝土具有從大氣中自然吸收二氧化碳的潛力，但當(dāng)這些反應(yīng)通常發(fā)生時(shí)，主要是在固化混凝土中，它們既會(huì)削弱材料，又會(huì)降低內(nèi)部堿度，從而加速鋼筋的腐蝕。這些過程終會(huì)破壞建筑物的承載能力，并對(duì)其長期機(jī)械性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，這些緩慢的后期碳酸化反應(yīng)可能在幾十年的時(shí)間尺度上發(fā)生，長期以來一直被認(rèn)為是加速混凝土劣化的不良途徑。

“這些后固化碳酸化反應(yīng)的問題在于，”Masic說，“你破壞了膠結(jié)基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，而膠結(jié)基質(zhì)在防止鋼腐蝕方面非常有效，從而導(dǎo)致降解。

相比之下，作者發(fā)現(xiàn)的新二氧化碳封存途徑依賴于在材料凝固之前在混凝土攪拌和澆筑過程中非常早期地形成碳酸鹽，這可能在很大程度上消除材料固化后二氧化碳吸收的不利影響。

新工藝的關(guān)鍵是添加一種簡單、廉價(jià)的成分：碳酸氫鈉，也稱為小蘇打。在使用碳酸氫鈉替代品的實(shí)驗(yàn)室測試中，研究小組證明，在這些早期階段，與水泥生產(chǎn)相關(guān)的二氧化碳總量中高達(dá)15%可以被礦化 - 足以顯著減少材料的全球碳足跡。

“這一切都非常令人興奮，”Masic說，“因?yàn)槲覀兊难芯客ㄟ^在生產(chǎn)和鑄造過程中結(jié)合二氧化碳礦化的額外好處，推進(jìn)了多功能混凝土的概念。

此外，通過形成以前未描述的復(fù)合相，由此產(chǎn)生的混凝土凝固速度更快，而不會(huì)影響其機(jī)械性能。因此，這一過程使建筑行業(yè)更加高效：可以更早地拆除成型工程，從而減少完成橋梁或建筑物所需的時(shí)間。

這種復(fù)合材料是碳酸鈣和硅鈣水合物的混合物，“是一種全新的材料，”Masic說?！按送?，通過它的形成，我們可以將早期混凝土的機(jī)械性能提高一倍。然而，他補(bǔ)充說，這項(xiàng)研究仍然是一個(gè)持續(xù)的努力?！半m然目前尚不清楚這些新階段的形成將如何影響混凝土的長期性能，但這些新發(fā)現(xiàn)表明碳中和建筑材料的發(fā)展前景樂觀。

雖然早期混凝土碳化的想法并不新鮮，并且有幾家現(xiàn)有公司目前正在探索這種方法，以促進(jìn)混凝土澆筑成所需形狀后的二氧化碳吸收，但麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)目前的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了這樣一個(gè)事實(shí)，即混凝土封存二氧化碳的預(yù)固化能力在很大程度上被低估和利用不足。

“我們的新發(fā)現(xiàn)可以進(jìn)一步與開發(fā)低碳足跡混凝土外加劑的其他創(chuàng)新相結(jié)合，為建筑環(huán)境提供更環(huán)保甚至負(fù)碳的建筑材料，將混凝土從問題轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q方案的一部分，”Masic說。

這項(xiàng)研究得到了麻省理工學(xué)院混凝土可持續(xù)發(fā)展中心的支持，該中心得到了波特蘭水泥協(xié)會(huì)和混凝土研究與教育基金會(huì)的贊助。