无熟料粘结剂：以煤矸石等固废解锁高性能建材新可能

普通水泥碳排放高，煤矸石利用也存难题。研究人员以电石渣（CCR）、苏打脱硫渣（SDSR）为活化剂，开发无熟料粘结剂。结果显示，该粘结剂性能良好，能促进固废利用，为粘结剂行业可持续发展助力。

　　在建筑材料领域，普通水泥的广泛使用带来了一个令人头疼的问题 —— 高碳排放。每生产 1 吨水泥熟料，排放的二氧化碳约占全球总排放量的 5 - 8%，这其中，碳酸钙分解产生 CaO、烧结过程中化石燃料燃烧以及粉磨过程中电能消耗是主要排放源。与此同时，煤炭开采和洗选过程中产生的大量煤矸石也成了棘手难题。煤矸石不仅占用大量土地，还可能引发地质灾害、释放有毒物质，威胁周边土壤和环境。虽然煤矸石含有丰富的 SiO₂和 Al₂O₃，理论上可用于水泥基复合材料，但其中的晶体硅铝酸盐矿物，如高岭石，反应活性较低，限制了它的应用。因此，开发一种既环保又高性能的粘结剂，同时实现煤矸石的综合利用，成为科研人员亟待攻克的难关。

为了解决这些问题，研究人员开展了一项意义重大的研究。他们制备了一种新型无熟料粘结剂，该粘结剂由煅烧煤矸石粉（CCGP）、高炉矿渣粉（GBFS）、电石渣（CCR）和苏打脱硫渣（SDSR）等组成，其中 CCR 和 SDSR 作为活化剂，GBFS 与 CCGP 作为前驱体。这项研究成果发表在《Applied Clay Science》上，为建筑材料领域的可持续发展提供了新方向。

研究人员在实验过程中，采用了多种关键技术方法。通过 X 射线衍射（XRD）分析原料的矿物组成，以此确定各原料的主要成分和晶体结构；利用扫描电子显微镜（SEM）观察样品微观结构，直观地了解样品在不同条件下的微观变化；进行抗压强度测试，量化不同配比粘结剂的力学性能。

研究从多个方面展开，并取得了一系列重要结果：

• 流变性能研究：研究人员对浆体的流变性能进行测试，发现其流变特性与 Herschel - Bulkley 模型拟合良好，呈现剪切变稀行为。进一步研究发现，CCGP 的加入会增加浆体的屈服应力，并抑制剪切变稀现象。这意味着 CCGP 的添加能够改变浆体的流动特性，使其在施工过程中的流动性和稳定性得到更好的控制。
• 抗压强度研究：通过不同配比下浆体抗压强度的测试，发现 CCGP 的最佳掺量为 20wt%。当 CCGP 含量在这个数值时，粘结剂能够展现出较为优异的力学性能。研究还发现，CCGP 的掺入限制了水化反应速率和自收缩，使得微观结构更加致密。这表明 CCGP 在改善粘结剂力学性能方面发挥着重要作用，它可以通过影响水化反应进程和收缩情况，优化粘结剂的微观结构，从而提高抗压强度。
• 水化性能研究：CCGP 中的偏高岭土在反应过程中产生了钙矾石、C - A - S - H 和 N - A - S - H 等典型水化产物，并且促使水化反应从碱激发材料向地聚合物水泥转变。这一发现揭示了 CCGP 在水化过程中的反应机制，为深入理解无熟料粘结剂的水化性能提供了关键依据。

研究结论表明，通过对多种固体废弃物的合理利用，成功制备出了性能优异的无熟料粘结剂。这种粘结剂不仅在流变性能、力学性能和水化性能方面表现出色，还为解决煤炭行业的两大难题 —— 二氧化碳排放和煤矸石综合利用提供了有效途径。这一研究成果对推动粘结剂行业的可持续发展意义重大，它为建筑材料领域开辟了新的方向，使得固体废弃物能够变废为宝，在降低碳排放的同时，实现资源的高效利用。未来，有望基于此研究进一步优化无熟料粘结剂的配方和性能，扩大其在建筑工程中的应用范围，为实现绿色建筑和可持续发展目标做出更大贡献。