玻璃骨料与火山灰废料协同提升铺路砖力学性能及耐久性的优化研究

针对玻璃骨料(GC)碱硅反应(ASR)限制问题，研究人员通过联合替代水泥(硅灰/偏高岭土/粉煤灰)和天然砂(玻璃骨料)，优化铺路砖性能。结果表明：15%硅灰(SF)或偏高岭土(MK)替代水泥+10%玻璃骨料替代砂可提升强度近2倍，且吸水率<6%，为工业废料资源化利用提供可持续方案。

　　

随着城市化进程加速，建筑行业面临双重挑战：一方面，传统水泥生产贡献全球8%的CO₂排放；另一方面，工业固体废弃物如玻璃碎渣(GC)和粉煤灰(FA)堆积成山。玻璃骨料因含碱金属易引发碱硅反应(ASR)，导致混凝土膨胀开裂，而火山灰材料(硅灰SF、偏高岭土MK等)可抑制ASR但协同机制不明。印度研究人员针对这一矛盾，首次系统探究了GC与三种辅助胶凝材料(SCMs)的协同效应，成果发表于《Sustainable Chemistry and Pharmacy》。

研究采用标准混凝土铺路砖制备技术，通过控制变量法设计不同替代比例(水泥：0-20%SCMs；砂：0-20%GC)，测试28天抗压/抗折强度、吸水率和ASR膨胀率。关键样本包括SF15G10(15%硅灰+10%GC)等组合，参照印度标准IS:15658-2006进行性能评估。

水吸收性能
玻璃骨料的非多孔特性使吸水率从对照组2.54%降至1.89%，而SCMs中硅灰表现最优(吸水率1.72%)，粉煤灰因多孔结构导致较高吸水(2.31%)。

力学性能
SF15G10组合实现抗压强度48.6MPa(对照组24.3MPa)，抗折强度7.8MPa(对照组4.1MPa)，强度提升源于硅灰的高细度(比表面积15000m²/kg)和火山灰反应生成的C-S-H凝胶致密化微观结构。

ASR抑制机制
含15%硅灰+10%GC的试样膨胀率比粉煤灰组合低19%，因硅灰消耗游离碱离子并堵塞毛细孔道，双重阻断ASR反应路径。

成本效益
虽然硅灰方案成本增加12%，但强度翻倍使单位强度成本降低41%，且减少天然砂开采和水泥用量，具显著环境效益。

该研究创新性地证明：工业废料协同使用可实现"变废为宝"—玻璃骨料解决砂资源短缺，SCMs抑制其负面效应。特别是15%硅灰与10%玻璃骨料组合，不仅满足IS标准要求，更创造出强度翻倍的"超性能"铺路砖，为《巴黎协定》背景下的建筑行业低碳转型提供关键技术路径。研究结果已引起印度市政部门关注，拟在钦奈市人行道改造项目中试点应用。