赤泥-CFA粉煤灰-脱硫石膏协同制备泡沫轻质土的反应机理与碳排放研究

《Process Safety and Environmental Protection》：In-depth analysis of the synergistic effects of red mud, circulating fluidized bed fly ash and desulfurization gypsum in the preparation of foam lightweight soil: Reaction mechanism, performance optimization and carbon emission analysis

本研究创新性地利用赤泥(RM)、循环流化床粉煤灰(CFA)和脱硫石膏(DG)协同制备泡沫轻质土(FLS)，通过响应面法(RSM)优化配比，实现7天和28天无侧限抗压强度(UCS)分别超过1.8 MPa和2.1 MPa。微观分析揭示碱性环境与硫酸盐激发协同促进水化产物生成，每立方米FLS碳排放仅45.476 kgCO2，碳社会成本(SCC)降低75.2%-86.7%，为路基填料和边坡支护提供低碳解决方案。

　　

Highlight

研究发现当RM掺量低于50%时，FLS的强度会随着CFA增加和DG减少呈现先升后降的有趣变化。通过响应面法这个"配方优化神器"的预测，当固废掺量超过50%时，FLS就能实现7天强度≥1.8 MPa、28天强度≥2.1 MPa的优异表现。

反应机理揭秘

微观分析显示，FLS的强度就像在玩"微观世界积木游戏"，同时受到水化产物和孔隙结构两个因素的影响。当RM、CFA、DG三位固废"搭档"同时出场时，系统会产生最丰富的水化产物。这是因为RM提供的碱性环境（就像反应加速器）和DG提供的SO₄^2-（好比建筑胶水），共同激活了CFA中的硅铝材料，生成钙矾石等水化产物，把孔隙填充得更加密实。

不过要注意的是，RM掺量过多会导致FLS中出现更多大孔和连通孔（就像瑞士奶酪一样），这对强度可是个"隐形杀手"。

碳排放表现

在环保表现方面，每立方米FLS的碳排放量为45.476 kgCO₂，碳社会成本(SCC)仅为2.85美元。与其他研究对比发现，在保证工程性能的前提下，每立方米FLS能让CO₂排放和SCC降低75.2%-86.7%，堪称土木工程界的"减碳小能手"。

结论

这项研究就像给固废们开了个"协同作战会议"，让RM、CFA、DG这三个工业固废完美搭档，制备出了高性能低碳FLS。这不仅为路基填料和边坡支护提供了新方案，更开辟了一条"变废为宝"的绿色低碳发展路径。