世界对混凝土这一仅次于水的第二大消耗材料的依赖正在导致环境和资源危机，采砂率超过了自然补给率。

莱斯大学研究人员在《ACSAppliedMaterials&Interfaces》杂志上发表的一项研究发现，从冶金焦(一种煤基产品)中提取的石墨烯不仅可以用作水泥的增强添加剂，还可以作为混凝土中沙子的替代品。

莱斯大学TT和WFChao教授、化学、材料科学和纳米工程学教授詹姆斯·图尔(JamesTour)表示：“这可能会对世界上最大的行业之一产生重大影响。”“我们将使用石墨烯骨料替代品制成的混凝土与使用合适的砂骨料制成的混凝土进行了比较，发现我们的混凝土轻了25%，但同样坚韧。”

混凝土是沙子和砾石等骨料与水泥和水的混合物，对于城市发展至关重要。到2050年，预计全球68%的人口将居住在城市地区，因此对混凝土和采砂的需求预计将大幅增长。在过去二十年里，这一数字增加了两倍，达到每年约500亿吨。然而，这需要付出巨大的环境代价。

水泥生产是混凝土的关键组成部分，占全球二氧化碳排放量的8%。此外，采砂活动基本上不受监管，对河流和沿海生态系统构成严重威胁。根据2022年联合国报告，对沙子的需求不断增加，加上人口增长和城市扩张，可能很快就会引发“沙子危机”。

Tour实验室将其标志性的焦耳加热技术应用于冶金焦，创造了一种石墨烯，可以作为混凝土中沙子的替代品。

该研究的主要作者、莱斯大学博士生保罗·阿德文库拉(PaulAdvincula)表示：“最初的实验将冶金焦炭转化为石墨烯，结果产生了一种尺寸与沙子相似的材料。”“我们决定探索使用冶金焦衍生的石墨烯作为混凝土中沙子的完全替代品，我们的研究结果表明它的效果非常好。”

将传统混凝土与石墨烯骨料制成的混凝土进行比较的测试显示出有希望的结果。石墨烯基混凝土不仅符合标准混凝土的机械性能，而且具有更高的强度重量比。

Tour实验室已将闪速焦耳加热用于多种应用，包括混合碳纳米材料合成、电池部件回收和从煤飞灰中去除重金属。

“这种技术比以前的方法更快、更大规模地生产石墨烯，”阿德温库拉说。

这项新技术有可能减少对天然砂的依赖并降低混凝土行业的碳排放，从而可以带来更可持续的城市发展实践。

图尔说：“石墨烯的价格需要一段时间才能降到足够低的水平，以使其可行。”“但这只是表明我们可以寻求其他选择。”

该研究的通讯作者、土木与环境工程和机械工程教授萨蒂什·纳加拉贾亚(SatishNagarajaiah)强调，“30%的混凝土由沙子组成，这是一个重要组成部分。”

“事实上，我们正处于‘沙子危机’的边缘，这一事实促使我们寻找替代品，而冶金焦的成本与沙子大致相同，约为混凝土成本的10%，它不仅可以帮助制造更好的产品，-优质混凝土，但最终也转化为大量节省，”Nagarajaiah说。