碱激发材料(AAMs)的环境与功能性能累积评估：替代胶凝系统的可持续性探索

为应对建筑行业减碳挑战，捷克理工大学团队通过生命周期评估(LCA)对比分析了基于废砖粉(WBP)、粒化高炉矿渣(GBFS)和黏土淡水沉积物(CFS)等前驱体的碱激发材料(AAMs)在不同强度等级(20/30/40 MPa)下的环境与功能性能。研究发现，优化配比的AAMs可比传统水泥降低26%-29%环境累积评分，但碱性活化剂的使用可能抵消部分环境效益，为可持续建材选择提供了科学依据。

　　

论文解读

建筑行业正面临严峻的碳中和挑战，其中波特兰水泥的生产贡献了全球约8%的CO₂排放。尽管碱激发材料(AAMs)被寄予厚望，但其环境效益常因前驱体处理能耗和碱性活化剂使用而存在争议。更棘手的是，现有研究多聚焦单一环境指标，缺乏对材料功能性能与环境影响的协同评估，导致决策者难以权衡利弊。

捷克理工大学团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表的研究，首次系统评估了三种AAMs前驱体（废砖粉-WBP、粒化高炉矿渣-GBFS、需煅烧的黏土淡水沉积物-CFS）与生物质飞灰(BFA)掺合水泥在20/30/40 MPa三个强度等级下的综合表现。通过生命周期评估(LCA)结合材料性能测试，发现WBP-GBFS体系在40 MPa强度下环境累积评分降低29%，但CFS体系因煅烧能耗可能劣于传统水泥。研究强调，碱性活化剂（氢氧化钠、硅酸钠）的碳足迹占AAMs总影响的38%-52%，这一发现颠覆了"所有AAMs都环保"的认知。

关键技术方法
研究采用三步法：1) 制备三类AAMs砂浆（WBAM/FSAM/BFAM）和BFA掺合水泥对照组；2) 测试体积密度、孔隙率和抗压强度；3) 运用ReCiPe 2016方法进行LCA，涵盖18个中点指标和3个终点指标（生态系统/人类健康/资源消耗）。样本涉及工业副产品（GBFS）和城市废弃物（WBP）。

研究结果

材料选择与AAM配比
WBAM体系采用70%WBP+30%GBFS时，20 MPa强度下CO₂当量比传统水泥低42%。但FSAM体系因CFS煅烧（800°C/2h）导致人类毒性潜值升高17%。

基础材料性能
孔隙率分析显示，GBFS含量每增加10%，WBAM总孔隙率降低1.8%，这与抗压强度提升呈正相关。BFAM体系因BFA的火山灰效应，40 MPa样品密度达2150 kg/m³。

讨论
敏感性分析揭示关键矛盾：当碱性活化剂用量超过前驱体干重的8%时，AAMs在淡水生态毒性指标上反超传统水泥。这解释了为何东南亚地区（需高剂量活化剂的CFS体系）的AAMs碳足迹可能是欧洲（富矿渣地区）的2.3倍。

结论与意义
该研究建立了前驱体-活化剂-强度等级的三角评估框架，证明：1) 未经处理的废弃物（WBP）比需煅烧材料（CFS）更具可持续性；2) 30 MPa是AAMs环境效益的临界强度点；3) 碱性活化剂供应链低碳化是未来突破方向。这些发现为欧盟"废物框架指令"下二级建材的标准化提供了实证依据，提示政策制定者需区分"即用型"与"高处理耗能型"废弃物的环境权重。