碱激发剂浓度与活化温度协同调控废砖粉基地聚物复合材料的性能优化研究

为应对建筑废弃物资源化难题，研究人员通过调控NaOH/(NaOH+Na2 SiO3 )比例(0.40-0.50)和活化温度(30-120°C)，系统评估废砖粉(BP)与矿渣(GGBFS)基地聚物的力学性能与微观结构。发现0.45碱比例与60°C组合使抗压强度达66.49 MPa，为全废弃物基绿色建材开发提供关键技术参数。

　　

随着全球城市化进程加速，建筑行业面临资源消耗与废弃物处置的双重压力。据统计，中国建筑垃圾中废砖占比高达50%，其传统处理方式不仅占用土地，高温烧制过程更产生大量CO₂
排放。与此同时，普通硅酸盐水泥生产作为碳排放大户，加剧了气候变化危机。在此背景下，开发以废弃物为原料、低温制备的地聚物(Geopolymer)材料，成为实现建筑业可持续发展的突破口。

针对现有研究多孤立考察碱激发剂配比或养护温度的局限，国内研究人员开展了一项创新性研究。通过将废砖粉(BP)与矿渣(GGBFS)按6:4复合，采用5 mol恒定NaOH浓度，系统探究了NaOH/(NaOH+Na₂
SiO₃
)比例(0.40/0.45/0.50)与活化温度(30°C/60°C/120°C)的协同效应。研究团队运用包括抗压/抗折强度测试、动态弹性模量(DMoE)、超声波脉冲速度(UPV)等12项检测方法，结合扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)，首次实现了对全废弃物基地聚物材料的多维度性能解析。

关键实验方法
研究采用废砖粉与GGBFS作为前驱体，通过调整碱激发剂中NaOH与Na₂
SiO₃
的比例(0.40-0.50)，在5 mol固定碱浓度下制备试样。所有混合物分别在30°C、60°C和120°C条件下养护18小时。通过压缩试验机(EN 12390-3)、三点弯曲试验(EN 12390-5)评估力学性能，采用非破坏性检测技术如UPV和DMoE分析材料内部结构，并结合水吸收率、碳化深度等指标综合评价耐久性。

结果与讨论

1. 力学性能优化窗口：0.45碱比例与60°C组合展现出最佳性能平衡，抗压强度达66.49 MPa，较0.40比例试样提高23%。SEM显示该组别具有最致密的硅铝酸盐网络结构。
2. 温度敏感阈值：120°C高温导致微裂纹增生，使抗弯强度降低18%，证实过高的活化温度会破坏地聚物凝胶的稳定性。
3. 耐久性关联机制：毛细吸水率与孔隙率呈正相关，0.45比例试样表现出最低的吸水率(4.2%)，对应着最优异的抗冻融性能。

结论与展望
该研究揭示了碱激发剂化学组成与热活化条件的协同作用规律：适中的碱比例(0.45)促进硅铝酸盐三维网络形成，而60°C的温和养护既保证反应速率又避免结构损伤。这一发现为建筑垃圾高值化利用提供了新思路，以废砖粉完全替代传统胶凝材料，单就中国而言，年均可减少约1.2亿吨CO₂
排放。论文创新性地建立了"组成-工艺-性能"的定量关系模型，为后续开发100%废弃物基绿色建材奠定了理论基础。研究团队Hüseyin BAYRAKTAR
和ümit YURT
特别指出，未来需进一步探索工业废酸等替代激发剂的可能性，以降低材料的环境足迹。这项发表于《Environmental Research》的成果，标志着可持续建筑材料研究从单一性能优化向多参数协同调控的重要转变。