基于烟气脱硫石膏与矿渣的复合胶凝材料开发：性能表征与生命周期评价

为降低水泥行业碳排放并实现工业固废资源化，研究人员利用烟气脱硫石膏(FGD)与粒化高炉矿渣(GGBS)开发新型复合胶凝材料(CB)。通过优化配比（CB4含10%水泥、30% GGBS、60% FGD），实现28天抗压强度15.25 MPa，微观结构显示水化产物CSH增加。生命周期评价(LCA)表明该材料可显著降低气候变暖、能源消耗等环境影响，为建筑行业可持续发展提供新方案。

　　

随着全球气候危机加剧，燃煤电厂排放的二氧化硫(SO₂)和水泥工业的二氧化碳(CO₂)成为环境治理焦点。印度燃煤电厂贡献了全国45%的SO₂排放，而水泥生产占全球CO₂排放的5-10%。传统烟气脱硫石膏(FGD)和粒化高炉矿渣(GGBS)作为工业固废，其堆存不仅占用土地，还存在污染风险。如何将这些废弃物转化为高附加值建筑材料，成为破解资源环境约束的关键。

针对这一挑战，印度科学研究所的研究团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表论文，开发了一种由FGD石膏（β-半水合物）、GGBS和少量水泥(OPC)组成的新型复合胶凝材料(CB)。研究通过材料表征与生命周期评价(LCA)相结合的方法，系统评估了五种不同GGBS含量(15-35%)配方的性能与环境影响。

关键技术包括：1) 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析材料微观结构；2) 依据IS:12089-1987标准测试物理力学性能；3) 使用openLCA 2.2.0软件和ecoinvent v3.10数据库进行LCA评价，涵盖气候变化、水资源等5类指标；4) 样本来源于印度国家火电公司电厂和塔塔钢铁公司。

材料表征结果
β-半水石膏与GGBS的协同作用显著提升材料性能。CB4配方（60% FGD+30% GGBS+10% OPC）表现最优，28天抗压强度达15.25 MPa，较纯石膏体系提高约300%。微观分析揭示GGBS促进钙硅水合物(CSH)生成，这是强度发展的关键。

环境效益分析
LCA显示CB4配方在气候变暖潜势指标上比传统水泥降低62%，能源需求减少58%。GGBS的掺入显著降低材料碳足迹，主要归因于其取代高能耗水泥熟料。

讨论与结论
该研究首次实现FGD石膏与GGBS在胶凝材料中的高效协同：1) 突破传统认知中石膏与水泥不相容的技术瓶颈，通过控制GGBS比例避免有害产物钙矾石形成；2) 提出"10% OPC+工业固废"的活化新思路，少量水泥既保证早期强度，又激活GGBS水化；3) 建立工业固废基胶凝材料的LCA评价框架，为绿色建材设计提供量化工具。

这项研究为印度等发展中国家解决工业固废堆积和建筑业减碳提供双赢方案。每吨CB4材料可消纳600kg电厂废石膏和300kg钢铁废渣，按印度年产2.5亿吨水泥计算，若替代30%用量，年减排CO₂将达4500万吨。未来研究可进一步探索无水泥配方的活化机制，推动该技术向"零熟料"方向发展。