Unlocking the potential of ordinary Portland cement with hydration control additive enabling low-carbon building materials

钙矾石 硅酸盐水泥 胶凝的 铝酸盐 水泥 溶解 材料科学 化学工程 熟料(水泥) 废物管理 复合材料 工程类
作者
Xuerun Li,Harald Grassl,Christoph Hesse,Joachim Dengler
出处
期刊:Communications materials [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1) 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s43246-023-00441-9
摘要

Abstract Ordinary Portland cement (OPC) is the core ingredient of many construction materials. In 2022, 4.1 billion tons were used worldwide, contributing to ~8% of CO 2 emissions ( ~ 3 Gt/year). Nevertheless, the complete strength-generating capacity of OPC remains unrealized due to the restricted conversion of aluminates to ettringite, caused by conventional hydration kinetics. Here we show a hydration control additive that selectively modifies the hydration kinetics, thereby facilitating enhanced dissolution of aluminates (calcium aluminoferrite and tricalcium aluminate) in OPC, which promotes ettringite formation at a desired time. Increasing ettringite content improves packing of the hardened cement, resulting in ~50% higher specific strength and enabling cement reduction. It also increases OPC strength development efficiency, reducing carbon footprint by ~30%. The use of this additive can be combined with methods such as reducing water and/or using supplementary cementitious materials (SCMs) to prepare building materials with significantly fewer CO 2 emissions than those from conventional OPC.

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