纳米氧化铝激发钙(钠)-铝硅酸盐水合凝胶在农业基碱激发混凝土绿色制备中的协同增效机制

本研究针对传统水泥高碳排放问题，创新性地将稻壳灰(RHA)与纳米氧化铝(NA)引入碱激发混凝土(AAC)体系，通过调控C(N)-A-S-H凝胶形成机制，实现抗压强度提升16%、接触角增加54.8°的突破性进展，其重金属固化能力为建筑废弃物资源化提供新范式。

　　

全球每年因水泥生产排放约8%的二氧化碳，而农业废弃物稻壳堆积引发的环境问题日益严峻。在这双重挑战下，如何将富含无定形二氧化硅的稻壳灰(RHA)转化为高性能建材，成为实现循环经济的关键突破口。传统碱激发材料存在铝元素不足导致的凝胶结构缺陷，而纳米氧化铝(NA)的精准调控为破解这一难题提供了新思路。

安娜大学的研究团队在《Sustainable Chemistry and Pharmacy》发表创新成果，通过将RHA与矿渣(GGBS)以15:85比例复合，并引入0-3%纳米氧化铝，系统研究了NA对C(N)-A-S-H凝胶的协同激发效应。研究采用X射线荧光光谱(XRF)分析原料组分，通过接触角测试表征表面能变化，结合毒性浸出程序(TCLP)评估重金属固定化能力，并运用扫描电镜(SEM)解析微观结构演变。

研究结果揭示：

1. 物化性能优化：2% NA掺量使抗压强度提升16%，接触角增大54.8°，证实NA通过降低表面能增强疏水性。
2. 环境安全性：NA改性基体对砷、镉等重金属的固定率超90%，浸出浓度低于EPA限值。
3. 反应机理：NA平衡了Si/Al摩尔比，促进三维网状凝胶形成，电镜显示孔隙率降低42%。
4. 工艺优势：相比传统水泥，该体系减少68%碳排放，固化时间缩短35%。

这项研究首次建立了NA剂量-凝胶结构-性能的定量关系，其创新性体现在：①揭示NA通过"纳米桥接"效应强化界面过渡区；②提出接触角可作为凝胶成熟度的快速检测指标；③开发出兼具力学性能与环境安全性的农业废弃物增值利用方案。该成果为《巴黎协定》背景下的建材行业低碳转型提供了可工业化实施的技术路径，尤其适用于东南亚等稻米主产区的固废资源化场景。未来研究可进一步探索NA与其他纳米材料的协同效应，以及在3D打印混凝土等新兴领域的应用潜力。