经过优化的生物炭和固体碳材料（SCMs），可提升工程水泥基复合材料（ECC/SHCC）的机械性能和可持续性

《Sustainable Materials and Technologies》：Optimized biochar and SCMs for improved mechanical properties and sustainability of engineered/strain-hardening cementitious composites (ECC/SHCC)

本研究系统探究生物炭与补充胶凝材料（SCMs）在工程水泥基复合材料（ECC）中的应用，优化力学性能、生命周期环境影响及成本效益。结果表明，高粉煤灰与适度生物炭结合可维持甚至提升ECC性能，显著降低碳足迹。过量生物炭会削弱强度与抗裂性，强调剂量的重要性。情景分析表明，气化法生物炭生产更环保。高粉煤灰ECC混合料为可持续水泥基复合材料提供了可行路径。

　　在现代建筑材料领域，随着对可持续性和环保性能的关注日益增加，研究人员正在积极探索如何在保持材料性能的同时减少碳排放。其中，工程水泥基复合材料（ECC）因其卓越的延展性和抗裂性能而受到广泛关注。然而，ECC的广泛应用仍然受到其高水泥消耗量的限制，这不仅增加了材料成本，也对环境造成了较大的负担。因此，如何在ECC中引入环保型添加剂，以优化其性能并降低碳足迹，成为当前研究的一个重要方向。

近年来，生物炭作为一种来源于有机废弃物的碳材料，因其碳封存能力和对环境的积极影响而备受关注。生物炭可以通过气化或热解等方法生产，其中气化方法因其更高的能源效率和碳减排效果而被认为是一种更具前景的选择。此外，生物炭还可以与其他补充性水泥基材料（如粉煤灰和矿渣）结合使用，以进一步改善ECC的性能和环保特性。通过系统的实验研究，研究人员发现，合理控制生物炭的掺入比例和选择合适的生产方法，可以有效提升ECC的机械性能，同时显著降低其碳排放。

在ECC的混合设计中，研究人员设计了多种包含不同比例粉煤灰和生物炭的混合物，以评估其在不同条件下的性能表现。实验结果表明，生物炭的掺入在一定程度上可以增强ECC的延展性和抗裂能力，但同时也可能导致其抗压强度的下降。因此，如何在保持材料性能的同时优化生物炭的掺入比例，成为研究的关键。通过多标准决策分析（MCDA），研究人员能够对不同的混合方案进行综合评估，并找到最优的生物炭掺入比例和材料组合。

此外，研究还发现，生物炭的生产方法对其在ECC中的表现有重要影响。气化方法生产的生物炭在提升ECC性能方面表现更为优越，而传统的热解方法则在某些情况下可能带来不利影响。这表明，在设计和应用ECC时，不仅需要关注材料的性能和成本，还需要考虑其在整个生命周期中的环境影响。通过生命周期评估（LCA）方法，研究人员能够对不同混合方案的环境影响进行量化分析，并找到在不同权重下最优的组合方案。

总的来说，这项研究为ECC的设计和应用提供了一个新的视角，强调了生物炭掺入比例和生产方法的重要性。通过合理的材料组合和优化设计，生物炭可以作为一种有效的环保添加剂，帮助ECC实现更可持续的发展。同时，研究还指出，尽管生物炭的引入在一定程度上可以改善ECC的性能和环保特性，但在实际应用中仍需进一步研究和优化，以确保其在各种条件下的稳定性和可靠性。这些发现为未来的建筑材料研究提供了重要的参考，也为推动可持续建筑的发展奠定了基础。