再生水泥粉与玻璃粉协同制备低碳环保砂浆：力学性能、微观结构与环境效益研究

本研究针对建筑拆除废弃物资源化利用难题，创新性地将再生水泥粉（RCP）与玻璃粉（GP）复配成复合辅助胶凝材料（RCG），系统探究其替代水泥对砂浆性能的影响。结果表明20%掺量下砂浆28天抗压强度提升5.79%，微观结构显著优化，且能降低CO2排放和成本，为建筑垃圾高值化利用和建材行业低碳转型提供重要技术路径。

　　

随着全球城市化进程加速，建筑拆除产生的废弃混凝土和废弃玻璃已成为严峻的环境挑战。这些废弃物露天堆积不仅占用土地资源，还会造成粉尘污染和地下水污染。更值得注意的是，传统水泥生产过程是全球二氧化碳排放的重要来源，约占全球总排放量的8%。面对2050年全球水泥年消耗量预计达4.68亿吨的严峻形势，开发新型辅助胶凝材料（Supplementary Cementitious Materials, SCM）部分替代水泥，已成为建材行业实现可持续发展的关键路径。

在此背景下，绍兴学院元培学院的陶鸿宇、唐季尧、张晨瑾、周常顺和翟文强研究团队在《Materials Today Sustainability》发表了创新性研究成果，探讨了再生水泥粉（Recycled Cement Powder, RCP）和玻璃粉（Glass Powder, GP）协同利用制备低碳环保砂浆的可行性。该研究不仅解决了建筑废弃物资源化利用的难题，还为降低建材行业碳足迹提供了切实可行的技术方案。

研究人员采用多种先进技术手段开展系统性研究。通过激光粒度分析仪测定原材料粒径分布，采用X射线衍射仪（XRD）分析物相组成，利用扫描电子显微镜（SEM）观察微观形貌，通过氮吸附法表征孔隙结构，并运用纳米压痕技术量化纳米力学性能。同时建立了环境影响评估模型，综合计算不同配比砂浆的二氧化碳排放和经济成本。

研究结果充分揭示了RCG对砂浆性能的多维度影响。在力学性能方面，研究表明当RCG掺量为10%-20%时，砂浆抗压强度显著提升，其中RCG20组（20%掺量）28天抗压强度比对照组提高5.79%。即使掺量达到50%，砂浆28天强度仍能保持40MPa，展现出了良好的工程应用前景。

通过XRD物相分析发现，随着RCG掺量增加，Ca(OH)₂衍射峰强度降低，表明RCG的火山灰活性促进了二次水化反应，消耗Ca(OH)₂并转化为水化硅酸钙（C-S-H）。同时出现了单碳型铝酸钙（C₄A_CH₁₁, Mc）新相，这种相通过碳酸盐与AFm相反应生成，有助于稳定钙矾石并提高基体密实度。

微观结构观察显示，适量RCG（20%）掺入显著提高了砂浆密实度，几乎观察不到孔隙和微裂纹。这主要归因于RCG的成核效应提供了有利的成核位点，促进了额外水化产物的生成。然而，当掺量达到50%时，微观结构密度下降，出现了大量微裂纹和孔隙，这主要是由于水泥含量减少导致水化产物生成不足。

孔隙结构分析结果表明，RCG20组总孔隙率比对照组降低7.42%，且有害孔（50-200nm）和多害孔（>200nm）比例显著减少。但RCG50组孔隙率反而增加12.90%，有害孔和多害孔比例明显上升，进一步证实了过量掺加RCG对微观结构的不利影响。

纳米压痕测试揭示了RCG对砂浆纳米力学性能的改善作用。掺加20%RCG使砂浆平均弹性模量明显提高，C-S-H凝胶体积分数从62%增加到75%，其中高密度C-S-H（HD C-S-H）增幅达57.14%，而孔隙体积分数降低40%。值得注意的是，界面过渡区（ITZ）的纳米力学性能得到显著改善，RCG20组ITZ弹性模量提高49.90%，宽度减少20%，表明RCG通过成核效应和火山灰效应加速了水泥水化，生成更多水化产物填充ITZ。

生态环境评估显示，随着RCG掺量增加，砂浆的二氧化碳排放和经济成本显著降低。从单位强度碳排放（CI）和单位强度成本（Cp）角度分析，RCG20组表现最优，其CI和Cp系数分别为6.30kg/MPa·m³和2.90$/MPa·m³，较对照组分别降低23.57%和16.09%，展现出显著的环境和经济效益。

该研究结论表明，利用RCP和GP复配而成的RCG部分替代水泥制备环保砂浆技术上可行、环境上友好、经济上合理。最佳掺量10%-20%不仅能提升砂浆力学性能，还能优化微观结构，增加高密度C-S-H含量，改善界面过渡区性能。同时，该技术为建筑废弃物资源化利用提供了有效途径，显著降低二氧化碳排放和生产成本，对促进水泥基材料的绿色可持续发展具有重要实践意义。研究者指出，未来还需要对RCG砂浆的抗硫酸盐侵蚀、抗碳化和抗冻融等耐久性能进行深入评估，以推动该技术的工程化应用。