《Sustainable Materials and Technologies》：Eco-utilization of banana peel as biomass stabilizing additive for highly-active slurry-state supplementary cementitious material
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本研究利用香蕉皮作为多功能稳定剂，通过湿磨法制备高活性矿渣净浆。实验表明，添加BP可延长净浆活性保留期约100%，显著提高28天抗压强度52.3%，并延长初凝时间105.6%。其机理在于BP中的有机配位剂有效抑制自水化反应93.3%，从而增强长期活性稳定性。
苏颖|傅卓毅|杨金|戴飞|何星星|董志良|齐华慧|杨超
湖北工业大学土木工程、建筑与环境学院，武汉430068，中国
摘要
矿渣粉（GGBS）是一种常见的辅助胶凝材料（SCM），在减少二氧化碳排放和促进循环经济方面发挥着重要作用。然而，其早期反应性较低以及在水介质中的快速钝化现象严重限制了其使用效率。为了解决这些问题，通过湿法研磨制备了一种高反应性的浆体SCM，并使用香蕉皮（BP）生物质作为多功能稳定剂。实验结果表明，在湿法研磨过程中加入BP并不会影响GGBS的水化动力学。值得注意的是，湿法研磨后的GGBS浆体的活性保持期延长了约100%。储存24小时后，含有2‰ BP的砂浆28天抗压强度提高了52.3%。此外，浆体的初凝时间也延长了105.6%。这种效果的提升主要归因于BP中的有机配体与GGBS中溶解的Ca2+发生螯合作用，有效抑制了自水化现象93.3%，从而提高了浆体SCM的长期活性稳定性。
引言
目前，对环境有积极意义的可持续绿色材料受到了广泛关注。对高炉矿渣进行超细处理以制备高活性矿物掺合料是高炉矿渣高价值应用的最常见方法之一[1]。这不仅可以解决固体废物储存和处置造成的土地资源浪费和环境污染问题[2]，还可以替代部分水泥熟料并减少碳排放。在众多固体废物活化技术中，湿法研磨具有高效和工艺简单的优点。此外，固体废物活化后的活性显著提高[3]，这在固体废物活化技术中具有很大潜力。然而，发现制备的湿法研磨高活性GGBS掺合料是一种含水量较高的浆体。湿法研磨大大提高了GGBS的自水化能力[4]，导致浆体在短时间内容易凝结和硬化，从而限制了其工业应用。因此，有必要找到解决高活性SCM浆体水化和凝结问题的方法。
目前，最常见的延缓胶凝材料水化过程的方法是添加化学外加剂。例如，糖衍生物（蔗糖和葡萄糖酸酯）、多元醇（β-环糊精）和多元酸（酒石酸和聚羧酸）等化学外加剂可以调节水化过程并延长凝结时间。研究发现，葡萄糖衍生物对胶凝材料的水化诱导期有显著延长作用[5]。β-环糊精能够抑制反应产物的生成，从而延长胶凝材料的水化过程[6]。酒石酸通过抑制AFt和Al(OH)3的沉淀，有效降低快凝胶凝系统的水化速率[7]。然而，这些化学外加剂主要是化学合成的聚合物，属于不可再生材料，在制备过程中会造成一定的环境污染，并且能耗较高、成本较高。
生物外加剂因其天然可再生、成本低廉和易于处置等优点，被广泛用作胶凝材料系统的化学合成外加剂的替代品[[8], [9], [10], [11], [12]]。香蕉皮（BP）作为一种生物质材料引起了研究人员的关注，被广泛应用于污水吸附[13]、抗菌抗性[14]和食品保鲜[15]等领域。值得注意的是，BP是未被充分认识的酚类化合物来源，含有大量的糖、糖衍生物和果胶[16]。目前，含有酚类化合物的生物质如糖衍生物和果胶已被用于延缓水化反应[17,18]。例如，在胶凝系统中添加橙皮提取物黄酮类粉末不仅可以延缓水化反应，还能保证后期强度的增长，28天抗压强度提高了5.6%[19]。废弃胡萝卜提取物（CS）也能有效抑制水泥的早期水化反应，延长胶凝系统的硬化时间，并可作为绿色缓凝剂使用[20]。此外，糯米粉[21]、魔芋葡甘露聚糖[22]和芦丁[23]也具有类似的效果。生物外加剂本质上是农业废弃物或从农业废弃物中提取的活性成分，具有低成本、环保和本地易获取的特点。
简单切割收集的废弃BP可以用作GGBS湿法研磨过程中的绿色改性剂。这与传统的农业废弃物回收方法（如燃烧甘蔗皮、稻壳和棕榈叶以获得富硅生物外加剂[24,25]）不同。本研究提出了一种更环保、无污染或更节能的BP再利用方法。研究了BP对湿法研磨高活性GGBS浆体的粒径、凝结时间、pH值和导电性的影响，以及浆体的水化程度和水化产物。探讨了BP作为生物添加剂改良湿法研磨GGBS过程的潜在机制。本研究基于固体废弃物制备高活性辅助胶凝材料，将有助于工业应用，并解决湿法研磨浆体储存和活性稳定性差的问题。
章节片段
原材料
本实验使用的水泥为P.O.42.5水泥（PC），购自武汉华新公司。矿渣粉（GGBS）购自中国宝武钢铁集团。香蕉皮（BP）是从中国武汉当地购买的未受污染的废弃果皮，用于简单切割。样品如图1所示。PC和GGBS的化学成分通过X射线荧光（XRF）进行分析，结果见表1。X射线衍射图谱（XRD）见...
粒径分析
WS和WSB的PSD曲线如图4所示。WS（1天）和WSB（1天）的PSD曲线分别见图5。表3显示了不同粒径范围内浆体的比例。通过观察图4中的粒径分布，发现WS和WSB的PSD曲线为双峰分布，没有明显差异。这表明BP对新鲜湿法研磨浆体的粒径分布没有负面影响。然而，WS（1天）和WSB（1天）的PSD曲线显示...
结论
为了开发一种环保的生物质掺合料，本文从微观和宏观角度研究了BP作为改性剂对湿法研磨过程中储存期间物理化学性质的影响。得出以下结论：
(1)BP可以提高湿法研磨GGBS浆体的储存稳定性和活性稳定性。加入BP后，湿法研磨GGBS浆体（WSB）可以储存2天。相比之下，未添加BP的GGBS浆体（WS）...
作者贡献声明
苏颖：方法学、验证、研究、数据管理、撰写-审稿与编辑。傅卓毅：研究、撰写-初稿。杨金：方法学、验证、研究、数据管理。戴飞：方法学、研究。何星星：监督、概念化、项目管理。董志良：研究、验证。齐华慧和杨超：方法学、验证。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（U23A20560）和湖北省重点研发计划（2022BCA071、2022BCA077）的支持。
