低碳循環建材─鹼激發材料與地質聚合物

黃兆龍

台灣科技大學名譽教授

卜特蘭水泥製造業排放佔全球二氧化碳（CO2）排放的5-7％，這是導致全球暖化的主要原因之一。鹼激發材料（Alkali Active Material）和地質聚合物（Geopolymer）都是與低碳循環建材相關的材料，但它們之間存在明顯的差異。在探討它們的異同點以及對低碳循環建材的影響前，讓我們先簡要介紹這兩種材料，供業界參考。

鹼激發材料是一種以高含鹼材料為主要成分，並與活性劑結合後產生水化反應的材料。這些高含鹼材料可以是高爐石粉、矽酸鹽等，而活性劑通常是氫氧化鈉、氫氧化鉀等。鹼激發材料在水中產生水化反應後，形成類似水泥的凝固體，其強度和耐久性可以媲美傳統的水泥材料，同時具有更低的碳排放量和更好的耐化學腐蝕性能。

地質聚合物是一種可最大程度減少CO2排放的技術，同時也可以在建築行業中部分替代卜特蘭水泥。地質聚合物技術提供了一個解決方案，可以利用含有鋁矽酸鹽相的工業副產品（廢物），而且對環境的負面影響很小。地質聚合物水泥主要通過使用次級原料(無機材料，例如飛灰、偏高嶺土、煅燒粘土、沸石等），經由鹼/鹼式矽酸鹽溶液的活化來製造，研究者常用氫氧化鈉及矽酸鈉(水玻璃)來激發。結合各種含鋁矽酸鹽和鹼溶液的原料，並優化固化溫度、鹼濃度、添加劑、Na2O/SiO2比例等，賦予了地質聚合物高機械性能和抗化學腐蝕耐久性能，同時也能有效地減少碳排放，是一種理想的低碳循環建材。

針對鹼激發材料和地質聚合物之間的異同點以及對低碳循環建材的影響，特介紹如下。

1. 成分和形成過程：

鹼激發材料主要由高含鹼材料和活性劑組成，水化反應形成凝固體。地質聚合物則是由無機材料經過鹼性活化反應形成高分子結構的凝固體。

2. 應用範疇：

鹼激發材料主要用於製作高性能混凝土、水泥基建材和修復材料等。

地質聚合物適用於混凝土、土木工程、耐火材料等領域，同時也可以用於環保材料的製造。

3. 影響低碳循環建材的因素：

鹼激發材料由於其使用了高含鹼材料和活性劑，有效地減少了水泥等傳統建材的使用量，從而降低碳排放並減少對自然資源的依賴。

地質聚合物的製造過程中需要使用少量的水泥，但由於其無機特性和高耐久性，能夠有效地延長建築材料的使用壽命，降低長期維護和更換成本，進而對環境和經濟都有積極的影響。

總結而言，鹼激發材料和地質聚合物都是低碳循環建材中非常重要且有潛力的材料。它們的使用不僅可以減少碳排放，還能有效地管理工業廢棄物並延長建築材料的使用壽命，對於實現可持續發展和環境保護具有積極的影響。在推動這些材料的應用和發展時，我們需要進一步加強科學研究和技術創新，同時也要關注合規性、安全性以及教育和推廣，以確保這些材料能夠在建築領域取得更廣泛的應用和影響。

***備註:在台灣此方面的專家為北科大鄭大偉教授、宜大林凱隆教授，有相關研究成果及應用實務可以資詢。