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你好，欢迎观看关于地聚合物和夯土的简短教学介绍视频。
那么，是否可以在不使用水泥的情况下制作混凝土呢？事实证明这是可能的。如果你从高度碱性溶液开始，选择一些原料和骨料，将它们混合在一起，然后固化，你就会得到一种类似混凝土的材料，称为地聚合物。但非常重要的是，我们要关注这种高度碱性溶液是什么，以及这些原料是什么。
根据这张图片，我们需要某种来自燃煤电厂的材料，没错，我们已经知道可以通过燃烧煤炭获得飞灰，作为副产品。然而，这只是地聚合物的一种可能原料。另一种有效的材料是来自钢铁生产的颗粒化高炉矿渣，这也是一种副产品。实际上，将这两者以40:60的比例混合，或在这个比例之间的任何组合，效果都比100%飞灰或100%颗粒化高炉矿渣的混合物要好得多。
此外，矿土（高岭土）也是一种天然资源，是一种非常好的原料。所有这些材料的共同点是什么呢？它们都富含硅酸盐和铝酸盐，这应该让你想起制作水泥的基本原料成分。因此，我们需要这些硅酸盐和铝酸盐，它们是形成地聚合物聚合链的一部分。
现在我们回到我们的图片，了解到我们的原料不仅来自燃煤电厂，还可以是颗粒化高炉矿渣或高岭土。接下来，我们还需要这种高度碱性溶液，其中包含氢氧化钠和硅酸钠的成分，我们实际上寻找的是一种碱性亚硅酸钠。
如果你记得，碱性意味着我们有一个非常高的pH值，足够高到具有腐蚀性。这种物质在混合时是危险的，你需要佩戴护目镜和大橡胶手套，以及其它保护措施，因为碱性溶液可能会严重烧伤皮肤。
将其与标准的沙子和砾石骨料混合，然后固化。现在我们有非常低的水化热，实际上，在烤箱中固化会改善地聚合物的质量，或者至少加快强度的增加。但是，你也可以在常温下固化，尤其是如果你想进行任何外部施工，因为在内部放置烤箱相对困难。
如果你是一家预制工厂，制造预制面板或其他预制梁、柱等，能够为这个过程增加热量，你实际上可以创造出更好的产品或加快生产速度。最终得到的材料看起来非常像我们熟悉的混凝土。事实上，左侧是基于飞灰的地聚合物，中间是高岭土，旁边是颗粒化高炉矿渣，然后还有一个传统的波特兰水泥混凝土立方体，飞灰、高炉矿渣和传统混凝土看起来几乎一样。
高岭土中通常含有铁元素，因此有时会呈现红色，但它非常坚固。我们在结构实验室有高岭土样本，欢迎你下次来时查看。如果有机会混合这种材料，我们有碱性添加剂以及基本的硅酸盐成分。
实际发生的情况是，这种碱性溶液进入并聚合硅酸盐和铝酸盐材料，当这样做时，它将其转化为分子链和网络，形成这种硬化的聚合物。聚合物是某种物质的重复链，这创建了这种粘合剂，粘合剂的密度通常高于普通波特兰水泥。
下面是一个放大的照片，上面可以看到我们的波特兰水泥，材质较粗糙，而我们的地聚合物则是更光滑、更紧密的混合物。
地聚合物有许多优点，我们已经列出了一些缺点，比如其腐蚀性材料和可能需要热量来增加强度。但这个结构展示了你可以在美学上做出的一些事情。这是建于昆士兰的全球变化研究所，它是第一个使用地聚合物混凝土的结构，同时他们还使用了不同类型的预制混凝土面板，作为结构外立面的一部分，能够使用不同的高岭土来实现面板的美丽色彩。
这就是一种优势，但还有一些其他的优势，比如没有水泥，但所有这些材料在28天后平均可达到约10,000 psi（约70兆帕）的强度。请回想一下，实验室测试和混合的强度为3,000到4,500 psi，因此是普通设计的2.5倍，而高强度混凝土通常被认为是6,000到8,000 psi，因此这种材料非常强大。
令人惊讶的是，我们在实验室中发现，在24小时内你可以获得接近4,000 psi的强度。如果需要进行机场跑道维修或高速公路维修，想象一下你可以在没有任何特殊添加剂的情况下获得的强度。如果需要的话，你甚至可以使这些材料更强，因为它有更紧密的聚合物粘合剂，通常比普通波特兰水泥混凝土更不多孔，因此更能抵御各种化学物质的侵袭。
不过要注意的是，若只使用颗粒化高炉矿渣制作，通常会比普通波特兰水泥更多孔，因此无法获得这种优势，并且可能会发生一些碱性反应。我们已经提到它具有低水化热。有趣的是，我们认为混凝土是防火的，它确实是，不易燃，但在某个点上会失效，并且往往会导致灾难性的失败，而地聚合物对这一点的抵抗力比普通波特兰水泥混凝土更强。
这就是对地聚合物的简要介绍，仍然需要进一步的研究，但这是一个令人兴奋的产品。我鼓励感兴趣的人花时间深入了解一下。
我们还对夯土感兴趣，因此夯土也可以制作得非常美观，并利用天然材料。
我们知道可以用夯土建造高楼。这是一座将近百年的七层夯土建筑，位于德国。它是一种非常古老的材料，已经存在很长时间，甚至有超过一千年的历史，位于南西班牙的城堡，还是中国万里长征的一部分，所以我们知道它已经存在很久。这是一项古老的技术。
通常，在建造这些传统建筑时，我们使用的是粘土和沙子，也许还会加入一些砾石，但粘土和沙子是主要成分，而粘土的比例通常需要达到30%。粘土是粘合剂，这个比例会影响最终产品。你希望将其混合到一定的湿度，以便于压实并保持形状，但当粘土在湿润后硬化时，你就得到了墙体的性能。
稳定的夯土通常会使用水泥。事实上，由于加州的地震考虑，水泥是必需的，你的水泥通常会替代一些粘土，而不是全部。当你这样做时，墙体的水泥含量大约是8%到10%的重量。
回想一下我们在课堂上进行的混凝土配比，如果你回去整理数据，你会发现水泥的比例大约在13%到16%左右。因此，混凝土的水泥含量比夯土多，但如果你添加任何其他材料并减少一些水泥，你将发现夯土墙的水泥使用量与普通混凝土墙相近，这一点令人失望。
尽管其比例较低，夯土墙的厚度通常至少是混凝土墙的两倍，因此最终的水泥使用量可能相同甚至更多。此外，夯土通常被认为是非常环保的，因为你可以直接使用现场的土壤。你挖掘基础时，就可以用土壤来建造墙体。
虽然这在一些地方确实可以实现，但在发达国家，客户通常希望拥有整洁的颜色和条纹，而你可能在现场没有合适的土壤，因此从几乎任何地方运送土壤是非常简单的。这样一来，我们就失去了当地材料的优势。
夯土的基本理念是，我们有一个模板，然后放入一些潮湿的土壤，这些土壤会包含沙子、砾石、粘土和一些水泥。然后，你只需用气动方式夯实，随着夯实，它会基本上变得像石头一样坚硬，不会透水。你可以喷洒水，效果非常好。然后再添加新的一层，持续夯实。
但这个图示中缺少的是，实际上你需要有钢筋，而现在大多数墙体都集成了绝缘材料。看到这座美丽的夯土建筑，位于纳帕，我们来看看实际的施工过程。
有些事情没有改变，土壤仍然是制作夯土墙的基础。我们使用的是来自表层土壤下面的材料，并且我们非常注意土壤的选择，然后进行压实。现在我们站在模板中，准备放入一些泡沫，这是绝缘材料，正是这样。米尔·克拉诺夫（Mira Kranov）通过绝缘和增强墙体来改进这一过程。
接着，我们使用一些钢材。我对夯土建筑感到兴奋，但它需要绝缘，所以我们想到了绝缘材料，我们将其藏在中间，因为夯土的两面都是其美丽的特征。
我们在泡沫的两侧放入土壤并进行压实。夯土墙经过强度测试，结果表明它们将能够长时间保持稳定。我们使用钻石钻头钻取一个圆柱体，这个圆柱体会送到土木工程实验室，然后被压碎，这样就能确定墙体的强度。通常，我们的结果是工程师预期的两倍，因此我们的墙体非常坚固。
那我们怎么知道它不会因为侵蚀而冲刷掉呢？让我来给你展示。水不会渗透夯土墙，因此这使得室内空气质量更健康。
看起来不错，这就是你对夯土的基本介绍。你看到了地聚合物和夯土，这些是混凝土墙的一些传统替代材料。希望你能对至少一种替代材料产生兴趣，并花些时间去了解它。感谢观看！
