美國麻省理工學(xué)院（MIT）研究團隊在實驗室中驗證了一項突破性工藝：將固態(tài)二氧化碳（干冰）直接混入新鮮水泥漿體，在標準養(yǎng)護條件下，僅用24小時即實現(xiàn)抗壓強度較對照組提升13%。該成果于2026年6月11日發(fā)表于《美國陶瓷學(xué)會期刊》，并非概念驗證，而是基于原位拉曼光譜實時觀測的可重復(fù)化學(xué)過程，其反應(yīng)機理與現(xiàn)有碳礦化技術(shù)存在本質(zhì)差異。

水泥行業(yè)全球碳排放占比約8%，其中約50%–60%來自石灰石煅燒的固有化學(xué)反應(yīng)（CaCO? → CaO + CO?），無法通過燃料替代或余熱回收消除。MIT團隊此次突破的核心在于“變廢為用”——不回避CO?生成，而是將其作為功能添加劑，在水泥水化早期主動干預(yù)微觀結(jié)構(gòu)形成。實驗采用相當于水泥質(zhì)量1%的固態(tài)CO?，在攪拌階段即完成摻入，全程無需高壓設(shè)備或額外養(yǎng)護條件，與常規(guī)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)流程兼容。

研究團隊通過共聚焦拉曼光譜對水泥漿體進行連續(xù)24小時原位監(jiān)測，首次清晰捕捉到三階段反應(yīng)動力學(xué)：首小時內(nèi)，溶解態(tài)CO?迅速與游離鈣離子結(jié)合生成碳酸鈣微晶，短暫抑制傳統(tǒng)水化；第4至8小時，碳酸鈣完成礦化后，水化重啟，同時前期析出的無定形二氧化硅凝膠與氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成更均勻分布的水化硅酸鈣（C-S-H）；8小時后，C-S-H網(wǎng)絡(luò)致密度顯著高于對照組，且二氧化硅凝膠完全消失——這一現(xiàn)象在全部CO?摻入樣本中高度一致，排除了測量誤差可能。

關(guān)鍵參數(shù)對比：CO?摻入組 vs 常規(guī)對照組

下表匯總了MIT論文中明確給出的核心性能數(shù)據(jù)，所有測試均依據(jù)ASTM C109標準，在標準溫濕度（23±2℃，≥95% RH）下進行：

對國內(nèi)預(yù)拌混凝土廠、外加劑企業(yè)和出口型水泥制造商而言，該數(shù)據(jù)意味著：若在保證28天強度達標的前提下，將配合比中水泥用量下調(diào)5%–8%，即可在維持結(jié)構(gòu)安全前提下直接降低單方混凝土碳足跡；而24小時強度躍升更可縮短模板周轉(zhuǎn)周期，對工期敏感的海外基建項目（如中東快速路、東南亞保障房）具有明確施工價值。需注意，CO?以固態(tài)形式摻入，對現(xiàn)有攪拌站計量系統(tǒng)僅需增加低溫耐受型螺旋喂料模塊，改造成本低于高壓氣體注入方案。

與CarbonCure技術(shù)的供應(yīng)鏈銜接點

參與本研究的企業(yè)CarbonCure Technologies總部位于加拿大，已在北美300余家混凝土攪拌站部署CO?礦化系統(tǒng)，其商用方案采用液態(tài)CO?經(jīng)專用噴射器注入攪拌機，目標是將CO?封存于混凝土中并小幅提升終期強度。MIT新工藝的關(guān)鍵差異在于：使用固態(tài)CO?、作用窗口前移至初凝前1小時、強度增益集中爆發(fā)于24小時內(nèi)。這意味著，CarbonCure現(xiàn)有客戶產(chǎn)線只需調(diào)整CO?相態(tài)供給方式與注入時序，即可復(fù)用其CO?捕集-運輸-存儲基礎(chǔ)設(shè)施，無需重建整套碳注入系統(tǒng)。對中國出口商而言，北美市場對具備CarbonCure認證的低碳混凝土需求持續(xù)上升，而MIT新機制可為其提供差異化早強賣點，尤其適用于需要快速開放交通的市政修補工程。

西班牙語區(qū)（如西班牙、墨西哥）水泥產(chǎn)能占全球約5%，其碳關(guān)稅合規(guī)壓力正快速傳導(dǎo)至上游供應(yīng)商。歐盟CBAM第二階段已將水泥納入征稅范圍，而墨西哥正推進本國碳市場建設(shè)。MIT此項技術(shù)雖未在西語國家開展中試，但其低改造門檻特性，使當?shù)刂行⌒退鄰S可通過與CarbonCure合作快速適配——這為中國CO?捕集設(shè)備制造商（如杭州哲達、北京盈德）提供了新的技術(shù)服務(wù)接口：不再僅銷售高壓液化裝置，還可配套開發(fā)固態(tài)CO?制備與精準計量模塊，嵌入本地化攪拌站升級包。

值得中國采購方重點關(guān)注的是，該工藝對水泥熟料礦物組成敏感。MIT實驗采用C?S含量≥60%的普通硅酸鹽水泥，當C?S比例過高或摻入大量粉煤灰時，早期碳酸鈣沉淀會過度延緩水化啟動，導(dǎo)致強度增長曲線平緩。因此，若國內(nèi)廠商計劃引進類似技術(shù)，應(yīng)優(yōu)先選擇高標號、低混合材摻量的熟料，并在試驗階段同步檢測游離氧化鈣與堿含量——這兩項指標直接影響CO?反應(yīng)速率與C-S-H成核質(zhì)量。目前尚無證據(jù)表明該工藝會改變混凝土的長期耐久性（如抗鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)），相關(guān)驗證仍需至少18個月野外暴露試驗支撐。