机械化学与固态CO2 协同处理提升矿渣基地聚物的碳封存效率与性能

为解决水泥生产高碳排放问题，研究人员结合机械化学活化与干冰（固态CO2 ）处理，探究其对矿渣基地聚物（SBG）砂浆性能的影响。研究发现，干冰作为研磨介质可嵌入颗粒结构形成扭曲碳酸盐，机械化学作用持续破坏碳酸盐层，暴露新鲜反应表面，显著提升碳封存效率。2.7%干冰含量下，SBG砂浆展现最佳综合性能：流动性214 mm、28天抗压强度54.8 MPa、干燥收缩623με、氯离子渗透电阻1884.18 C。该研究为低碳胶凝材料开发提供了创新策略。

　　

水泥行业是全球碳排放的“大户”，占人为CO₂
排放量的8-10%。为应对这一挑战，碳矿化技术和替代胶凝材料（如碱激发材料AAM）成为研究热点。然而，传统碳矿化需高温高压，能耗高；而地聚物材料则存在工作性差、凝结过快等问题。如何兼顾碳封存效率与材料性能，成为亟待突破的瓶颈。

针对这一难题，华侨大学等机构的研究团队提出了一种创新方法：将机械化学活化与干冰（固态CO₂
）处理相结合，系统研究了其对矿渣基地聚物（SBG）砂浆性能的影响。相关成果发表在《Journal of CO₂
Utilization》上，为低碳建材开发提供了新思路。

研究采用机械化学球磨（40 r/min，钢球配比1:1:1）结合干冰掺入（0-4.5%）处理S95级矿渣，通过XPS、SEM、XRD等技术分析材料特性，并测试了砂浆的流动性、凝结时间、抗压强度等性能。

3.1 前驱体变化
机械化学处理使矿渣颗粒更均匀细小，干冰以扭曲碳酸盐形式嵌入颗粒孔隙（XPS证实CaCO₃
特征峰增强）。2.7%干冰含量时颗粒表面最光滑，但过量（4.5%）会导致裂纹。

3.2 早期水化与工作性
干冰降低体系pH，延迟水化放热峰（TAM Air测试），使初始凝结时间延长56%（MC组）。机械化学处理进一步放大这种缓凝效应，同时提升流动性（214 mm）。

3.3 水化产物分析
XRD显示产物以C-(A)-S-H凝胶、方解石为主。干冰添加促进中后期水化，28天时CaCO₃
衍射峰强度显著增加。TG分析表明2.7%干冰组的CO₂
吸收率达2.84%，高于简单混合组（NM）的2.67%。

3.4 微观结构
SEM显示2.7%干冰组形成C-(A)-S-H与片状CaCO₃
交织的致密结构。压汞测试（MIP）证实其总孔隙率最低（<20 nm孔隙占比提升），而4.5%干冰组因过度碳化出现微裂纹。

3.5 力学与耐久性
2.7%干冰组28天抗压强度达54.8 MPa（较对照组提升21.8%），干燥收缩（623με）和氯离子电通量（1884.18 C）均最优。机械化学处理的协同效应使电阻率比NM组最高提升52.97%。

该研究创新性地将固态CO₂
与机械化学活化耦合，解决了传统碳矿化能耗高、地聚物工作性差的双重难题。2.7%干冰配合球磨处理可使SBG砂浆实现碳封存-性能协同优化，为建材行业低碳转型提供了可规模化应用的技术路径。值得注意的是，该方法避免了后期碳化导致的C-(A)-S-H脱钙问题，通过前驱体矿化策略保障了材料耐久性，具有显著的工程应用价值。