混凝土是主要的二氧化碳排放源，约占全球排放量的8%。
麻省理工学院研究人员开发了一种新方法，可使混凝土成为更有效的碳汇，从而抵消其生产过程中产生的部分排放。
一位专家表示，这一发现“代表了混凝土可持续发展领域的一项重要进展”。
Damian Stefaniuk是麻省理工学院混凝土可持续发展中心（CSHub）的博士后研究员。他与麻省理工学院教授Franz-Josef Ulm和Admir Masic（均来自土木与环境工程系，CEE）合作，研究多功能混凝土。
在此，他概述了水泥基产品的碳化过程，简要解释了为何理解水泥产品全生命周期中的碳化对于评估其环境影响至关重要，并介绍了当前为强化该过程而开展的研究进展。
问：从全生命周期的角度看，什么是碳化？为何它对于考量混凝土十分重要？
答：碳化是指二氧化碳（CO2）与水泥基产品中的某些化合物发生的反应，发生在产品的使用阶段和报废阶段。该反应会生成碳酸钙（CaCO3），对于中和温室气体（GHG）排放以及实现混凝土全生命周期的碳中和具有重要意义。
首先，碳化使水泥基产品能够充当天然碳汇，从空气中封存二氧化碳并将其永久储存。这有助于减轻与水泥生产相关的碳排放，降低其整体碳足迹。
其次，碳化会影响混凝土的性能。早期碳化可能会提高水泥基产品的抗压强度，增强其耐久性和结构性能。然而，后期碳化可能因碱度降低而影响钢筋混凝土的耐腐蚀性。
在水泥基产品的全生命周期中考虑碳化，对于准确评估其环境影响至关重要。理解并利用碳化有助于行业减少碳排放，并最大限度地发挥碳封存潜力。在设计过程中密切关注碳化，有助于打造耐久且耐腐蚀的结构，从而提升使用寿命与整体可持续性。
问：目前全球在推动碳化方面开展了哪些工作？
答：目前，推动混凝土碳化的部分工作包括：在混凝土的早期水化阶段人为增加二氧化碳气体的含量。这一过程被称为“强制碳化”，旨在加速碳化反应及其相关效益。
强制碳化通常应用于在人工富二氧化碳环境中生产的预制混凝土构件。通过在养护期间使新拌混凝土暴露于较高浓度的二氧化碳中，碳化过程可以加快，从而有望带来改善，包括强度提高、吸水率降低、抗氯离子渗透性增强以及抗冻融性能改善。与此同时，很难量化该过程中二氧化碳被吸收和释放的具体数量。
通过强制碳化诱导早期碳化的这些工作，体现了行业对优化混凝土性能及环境影响的关注。研究人员和从业者通过探索强化碳化过程的方法，力求更有效地利用其效益，例如提高强度和封存二氧化碳。
需要注意的是，强制碳化需要审慎实施并加以监测，以确保达到预期效果。具体工艺和条件因应用场景和预期目标而异，这凸显了专业知识和受控环境的必要性。
总体而言，强制碳化领域的持续工作推动着混凝土技术的不断发展，旨在改善混凝土性能，并在材料全生命周期内降低其碳足迹。
问：什么是化学诱导预养护碳化？它有何影响？
答：化学诱导预养护碳化（CIPCC）是由麻省理工学院混凝土可持续发展中心开发的一种方法，可将二氧化碳矿化并永久封存于水泥中。与传统强制碳化方法不同，CIPCC将二氧化碳以固体粉末形式（具体为碳酸氢钠）引入混凝土拌合料中。该方法解决了当前碳捕集与利用技术的部分局限性。
CIPCC的意义十分重大。首先，它便于现场浇筑应用，使在混凝土项目中更容易利用二氧化碳。与其他一些方法不同，CIPCC能够精确控制混凝土中封存的二氧化碳量。这确保了碳化的准确性，并有助于更好地管理封存过程。CIPCC还基于此前关于无定形水化相的研究，为水泥基产品封存二氧化碳提供了额外机制。这些相通过CIPCC发生碳化，从而提升了材料整体的碳封存能力。
此外，早期预养护碳化有望成为混凝土永久封存可控且精确数量二氧化碳的途径。我们近期在《PNAS Nexus》上发表的论文PNAS Nexus表明，在预期碳酸氢钠低排放生产技术取得进展的情况下，该方法理论上可抵消水泥生产中煅烧排放的至少40%。我们还发现，在不影响特定配比力学性能的前提下，最多可用碳酸氢钠替代15%（按重量计）的水泥。仍需开展进一步研究，以评估该过程的长期影响，探索碳化在全生命周期中可能带来的节约效益与影响。
CIPCC不仅可通过减少碳排放带来环境效益，还具有实际优势。在实际应用中观察到的早期强度提升，可使混凝土更快达到满强，从而加快施工进度。
总体而言，CIPCC展示了在混凝土中实现更高效、更可控的二氧化碳封存的潜力。它代表了混凝土可持续发展领域的一项重要进展，并强调需要进一步研究，同时考虑该材料的全生命周期影响。
本研究由麻省理工学院混凝土可持续发展中心开展，该中心由混凝土推进基金会（Concrete Advancement Foundation）和波特兰水泥协会（Portland Cement Association）资助。
