助理教授Michael Short说：“我们的技术使用从垃圾填埋场中取出的塑料制品，将其锁定在混凝土中，并使用少量水泥来制造混凝土，如此可以减少二氧化碳的排放。” （如图）

最新的一项研究表明，在未来的某天，废弃的塑料瓶也许可以用来建造人行道、街头砖石、建筑物及桥梁所需的更坚固、更灵活的混凝土结构。

麻省理工学院的本科生发现，将塑料薄片暴露于小而无害的伽马射线下进行辐射，然后将这些薄片磨成细粉，如此以来就可以将塑料与水泥糊混合，从而产生比普通混凝土强度高20%的混凝土。

据涂布在线了解，继水之后，混凝土是第二大地球上使用量最广泛的材料。混凝土制造所产生的二氧化碳，大约占因人类所产生二氧化碳的4.5%。因此，用经过辐照的塑料代替一小部分混凝土，有助于减少水泥工业的碳排放。

使用塑料作为混凝土添加剂也可以处理掉一些废旧水瓶和汽水瓶，其中大部分（塑料瓶）在原来的情况下将永远被废置在垃圾填埋场。

麻省理工学院核科学与工程系的助理教授Michael Short说：“每年都有大量的塑料被填埋，而我们的技术是将塑料从垃圾填埋场中取出，并将其应用在混凝土中，同时使用少量水泥来制造混凝土，从而减少二氧化碳的排放量。实际上，将塑料垃圾从垃圾填埋场中提取出，并加入到建筑物中，可以使得建筑物更稳定。”

该团队成员包括Carolyn Schaefer、提出将这项研究作为班级项目麻省理工学院的大四学生Michael Ortega、土木和环境工程系研究科学家unal Kupwade-Patil、核科学与工程系副教授Anne White、土木和环境工程系教授Oral Büyüköztürk、阿贡国家实验室的Carmen Soriano和Short。该论文被发表在《废物管理》杂志上。

基础设施科学与可持续性实验室的主任Büyüköztürk表示：“致力于寻找新而更好的混凝土材料和不同的化学添加剂，让本科生参与研究创新也是我们实验室努力的一部分。该大学生项目的成果为解决可持续基础设施的方案开辟了一个新的领域。”

新想法的形成

chaefer和Ortega将着手于研究塑性钢筋混凝土的可能性，作为22.033(核系统设计项目)的一部分，该项目要求学生们从中选择自己的课题。

Short说：“他们要想办法降低二氧化碳排放，而不仅仅是‘让我们建造核反应堆’，混凝土生产是二氧化碳的最大来源之一，因此他们想，‘我们应如何改变这种状况？’他们查阅各种文献，并将其一个想法进行了实践。”

学生们获悉，有人试图将塑料引入到水泥混合物中，却降低了生成的混凝土的性能。通过进一步调查，他们发现，将塑料暴露在一定强度的伽马射线下会使材料的晶体结构发生改变，进而使塑料变得更强、更硬、更有韧性。然而经过辐射的塑料真的能起到加固混凝土的作用吗？

为了回答这个问题，学生们首先从垃圾回收站获得了用于制造水或汽水瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料材料。Schaefer和Ortega对薄片进行手工分类，以去除金属碎片和其他碎片。然后，他们把塑料样品带到麻省理工学院大楼的地下室，8号楼的地下室有一个钴-60照射器，其能够发射伽马射线，照射器也是一种通常用于商业净化食物的辐射源。

Short说：“这种辐射不会有残余的放射性，如果在一个反应堆里放入某东西，然后用中子照射它，它就会产生放射性。但是，伽马射线是一种截然不同的辐射，在大多数情况下都不会留下任何辐射的痕迹。”

该团队将不同批次的薄片暴露在低剂量或高剂量的伽马射线中。然后，他们将每一批薄片磨成粉末，并与一系列水泥样品混合，在每个样品中加入传统的波特兰水泥粉和两种常见的矿物添加剂之一：粉煤灰(煤炭燃烧的副产品)和硅粉(硅生产的副产品)。如此，每个样品约含有1.5%的辐照塑料。

样品与水混合后，研究人员立即将混合物倒入圆柱形模具中，然后进行加工，待取出模具后，对由此混凝土圆柱体进行抗压试验。他们测量了每个样品的强度，并与普通的、未照射塑料制成的样品，以及所有没有加入塑料的样品进行了对比。

他们发现，普遍的规律是，普通塑料的样品强度比没有塑料的样品要弱。加入粉煤灰或硅灰的混凝土比用普通硅酸盐水泥配制的混凝土更强硬。而且，辐射过的塑料进一步加强了混凝土，使其强度与波特兰水泥的样品相比增加了20%，这种现象在高剂量辐射塑料的样品中尤其明显。

未来的混凝土路

在抗压试验之后，研究人员进一步对其进行了研究，即利用各种成像技术来检查样品，从而寻找辐射塑料使混凝土变硬的原因。

该团队将他们的样品带到了美国阿贡国家实验室和麻省理工学院的材料科学与工程中心，在此，他们使用了X射线衍射、背散射电子显微镜和X射线显微层析对样品进行了分析。生成的高分辨率图像显示，含有辐射塑料的样品，特别是高剂量辐射的样品，具有更复杂交叉连接或分子连接的晶体结构。在这些样品中，晶体结构阻碍了混凝土内部的孔隙生成，进而使样品更致密，更坚硬。

Kupwade-Patil说：“从纳米水平上看，这种辐射塑料会影响混凝土的结晶度，辐射过的塑料会产生一些反应，当它与波特兰水泥和粉煤灰混合时，三个物质共同发生反应，之后便可得到更坚硬的混凝土。”

Kupwade-Patil说：“我们观察到，在我们的试验过程参数范围内，辐射剂量越高，混凝土强度越高，因此我们需要进一步研究，通过调整混合物，优化工艺，最终取得最好的结果。同时，该方法有可能实现可持续发展的解决方案，提高结构和非结构应用的性能。”

从未来发展的角度来看，该团队计划测试不同类型的塑料和不同剂量的伽马辐射，以确定它们对混凝土的影响。目前，他们发现的是，使用约1.5%的经过辐照射的塑料可以显著提高混凝土强度。尽管这只是一小部分，但Short认为，若将其在全球范围内实施，如此数量的混凝土也能产生重大影响。

Short说：“混凝土产生的二氧化碳占据世界二氧化碳排放量的4.5%。取代其中的1.5%，就已经是世界二氧化碳排放量的百分之0.0675了。这可是数量巨大的温室气体。”

Büyüköztürk说：“这项研究是跨学科研究的一个完美案例，其提出了创造性的解决方案，并成为一个教育实践的模型。”