综述：可持续建筑中的碳捕集、利用与封存：CO2混合、养护及矿化技术研究

这篇综述系统阐述了碳捕集、利用与封存（CCUS）技术在建筑材料的创新应用，重点分析了CO2混合、养护及矿化（CO2 mineralization）三种技术路径对水泥基材料宏观力学性能与微观结构的优化机制，提出了通过工业副产物和天然矿物实现碳循环的可持续解决方案。

　　

CCUS技术在建筑领域的革新应用

随着全球建筑行业贡献近40%的CO₂排放，碳捕集与利用技术成为实现碳中和的关键路径。本文聚焦三大技术：CO₂混合通过将超临界CO₂溶解于拌合水，可在0.4水胶比（w/cm）下提升早期强度6%；CO₂养护使预制构件在10 bar压力下4小时内吸收20% CO₂，强度增长195%；而CO₂矿化技术通过橄榄石（Mg₂SiO₄）、钢渣（SS）等原料，在185°C/139 bar条件下转化率达85%，每吨矿化产物可封存0.3吨CO₂。

关键技术参数解析

温度与压力显著影响反应动力学：将蛇纹石（Mg₃Si₂O₅(OH)₄）的碳化温度从30°C升至90°C，溶解效率提升3倍；而CO₂压力超过8 bar时，红石膏（RG）的钙转化率可达100%。溶剂体系优化尤为关键，2 M硫酸（H₂SO₄）提取的Ca²⁺在NaGly缓冲液中碳化效率达94.2%，而生物酶（如碳酸酐酶）可使反应速率提升6.5倍。

材料性能的颠覆性提升

矿化产物中，文石（aragonite）因其针状形态使3D打印砂浆的触变性能提高7倍；而电化学合成的CaCO₃/Mg(OH)₂复配骨料抗压强度达6 MPa。微观分析显示，CO₂养护使轻骨料混凝土的累计孔隙体积从0.231 mL/g降至0.156 mL/g，冻融循环后表面剥落量减少40%。

经济与环境平衡之道

虽然直接矿化成本高达350美元/吨CO₂，但副产品收益显著：高纯SiO₂售价超1000美元/吨，而10%市场份额的碳化骨料年减排潜力达5.3亿吨。预制构件采用CO₂养护后，每立方米成本仅增加7美元，但28天强度提升17%。

未来突破方向

亟待解决镁基水泥（MgO-based cement）117%体积膨胀的难题，开发免研磨的橄榄石直接矿化工艺，并建立CaCO₃多晶型在3D打印材料中的配比数据库。通过核能供热与海水矿化的耦合系统，有望将碳封存成本降至50美元/吨以下。