东大开发出无需水泥的新型建材

东京大学开发出了一种新型建筑材料，利用催化剂直接粘结沙子，无需使用水泥和树脂等粘合成分。并且可以利用普通的沙子和砾石等主要成分为二氧化硅（SiO₂）的材料制作。据介绍，如果实现实用化，不仅可以解决混凝土原料不足的课题，而且由于可以低温制造，还有助于削减制造时的能耗。

原料沙子与制作出来的建筑材料。左图为硅砂，右图沙漠的沙子（图片由东京大学酒井雄也研究室提供）

被广泛用作建筑材料等的混凝土一般是在沙子和砾石中加入起“粘合剂”作用的水泥和水制造而成的。但是，全球都面临着合适尺寸的沙子、砾石和优质石灰石（水泥的主要原料）短缺的问题，长期来看，可能会对建筑行业及土木工程产生影响。另外，制造水泥时会产生大量的二氧化碳（CO₂）。因此需要开发一种能利用不会枯竭的原料，以较少的能源制造的建筑材料。

在这种情况下，东京大学生产技术研究所研究混凝土工程的酒井雄也副教授推进了新一代建筑材料的研发。酒井副教授将催化剂氢氧化钾（KOH）溶于酒精中，然后将沙子放入酒精溶液，并在密封容器内加热到240度，之后再冷却到室温水平，由此成功制作出了人造硬石。这种方法不使用水泥等粘合剂，而是通过加热来切断沙子的化学键，然后通过冷却在沙子中形成其他键。利用该方法，可以使用主要成分为SiO₂的材料制造硬石，比如硅砂、玻璃、沙漠的沙子和模拟月壤等。

制造水泥需要1450度的高温。另外，熔化和粘附沙子的方法也需要1000度以上的高温，会消耗大量的能源。而酒井副教授开发的技术大幅降低了温度，制造后剩余的酒精和催化剂也可以重复利用。

与混凝土相比，这种新的建筑材料耐久性更高，但强度目前只有混凝土的一半左右。不过，今后可以通过改变催化剂的类型和用量、砂粒的大小、加热时间及温度等来提高强度。研究团队将继续推进研究，打算进一步降低加热温度。

SiO₂是很多沙子和砾石的主要成分，此外废玻璃等也含有SiO₂。利用该技术，还可以使用沙漠中的小型球状沙子等以前无法用作混凝土材料的沙子和砾石，可避免资源枯竭。SiO₂也是月球和火星上的沙子的主要成分，将来还可以利用该方法在这些星球制造建筑材料，然后用于天体表面的基地建设。

酒井副教授表示：“该方法有助于解决全球越来越担心的建筑材料原料短缺问题，可降低能耗，削减二氧化碳排放。这是一项能发挥重要作用的技术，还能为太空开发做出贡献。” 东京大学4月14日发布了相关成果，预定5月1日发布在东京大学生产技术研究所的研究速报期刊《生产研究》上。