利用凝灰岩残泥制备低碳水泥砂浆的潜力及环境效益研究

本研究针对凝灰岩残泥(RM) landfill处置难题，创新性地通过物理研磨(15/20/25 min)和煅烧(650/750/850℃)活化处理，开发出改性凝灰岩残泥粉(MRMP)。最优工艺(20 min研磨+750℃煅烧)使砂浆单位强度碳排放降低13.4%，20%掺量下CO2减排82.9 kg/m3，同时提升抗氯离子渗透性，为建筑废弃物资源化与低碳建材开发提供新思路。

　　

在全球建筑行业面临碳减排与资源短缺双重压力的背景下，凝灰岩残泥(Residual Tuff Mud, RM)的处理问题日益凸显。中国作为凝灰岩储量第二大国(8.9亿立方米)，其砂石开采产生的RM占机制砂重量的10-25%，传统填埋处置不仅浪费资源，更可能引发环境风险。与此同时，水泥行业贡献了全球13.5%的CO₂排放，寻找可持续的辅助胶凝材料(SCMs)迫在眉睫。

同济大学的研究团队在《Sustainable Materials and Technologies》发表的研究中，开创性地将RM转化为低碳水泥砂浆原料。通过系统性实验设计，研究人员采用水平球磨机(1.5 kW)进行15-25分钟物理研磨，配合马弗炉(6 kW)650-850℃煅烧处理，结合生命周期评估(LCA)方法，筛选出最优活化工艺。研究团队运用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、扫描电镜(SEM)等微观表征手段，揭示了材料性能强化的内在机制。

材料表征
通过X射线荧光(XRF)分析发现，RM富含SiO₂(占比超60%)和Al₂O₃(约15%)，具备火山灰活性潜力。粒径测试显示20分钟研磨后d₅₀达14.12 μm，较15分钟研磨细化3.3%，且比表面积显著提升。

工艺优化
基于单位强度环境影响的创新评价标准，750℃煅烧配合20分钟研磨被确认为最佳参数。该条件下制备的改性凝灰岩残泥粉(MRMP)无定形相含量提升，使其在砂浆中既能发挥填充效应，又能参与火山灰反应生成C-S-H凝胶。

性能验证
宏观测试表明，20% MRMP替代水泥时，砂浆抗压强度仅降低10%，但展现出优异的抗氯离子渗透性。微观分析证实MRMP能优化孔隙结构，减少有害孔比例。30%替代组虽实现88.9 kg/m³的CO₂减排，但对其他环境指标影响更显著。

环境效益
全生命周期分析显示，最优工艺使MRMP砂浆较纯水泥砂浆碳减排13.4%。研究创新性地提出"强度-环境"双指标评价体系，为低碳建材开发提供新范式。该成果不仅解决了RM堆积的环保难题，更开辟了建筑固废高值化利用路径，对实现"双碳"目标具有重要实践意义。研究同时指出，未来需平衡材料替代率与环境影响的非线性关系，这对推动行业可持续发展具有指导价值。