用蛋壳粉改性的波特兰水泥在可持续建筑中的物理力学与化学性能

《Scientific Reports》：Physico-mechanical and chemical performance of Portland cement modified with eggshell powder for sustainable construction

　　

摘要

水泥是建筑行业中使用最广泛的材料之一，其生产带来的碳排放约占全球总量的8%。本研究探讨了利用含碳酸钙（CaCO₃）占比超过80%的蛋壳粉作为普通波特兰水泥（如B型和D型）的部分替代品，以替代水泥基质中的石灰石。研究根据英国标准、印度标准以及相关文献中的标准，对这类替代水泥的物理性能（稠度与凝结时间）、抗压强度以及化学性能（扫描电子显微镜结合能散射光谱分析、X射线衍射分析、X射线荧光分析）进行了评估。测试结果显示，该替代水泥的稠度（31–35%）和凝结时间均符合BS EN 197-1标准（初始凝结时间≥60分钟）和IS 8112标准（初始凝结时间≥30分钟，最终凝结时间≤600分钟）的要求。除B10N和D10N两组样品外，其余样品的力学强度均超过了英国标准规定的要求值（42.5 N/mm²），这两组样品的强度分别降低了8.4%和12.3%。SEM-EDS和XRD分析也证实了这些样品中碳酸钙含量较高。研究表明，蛋壳粉在普通波特兰水泥中的添加量不应超过5%（按重量计），因为过高的添加比例可能会对水泥的物理性能和强度产生不利影响。采用这种方法既可以利用农业废弃物，提升环境可持续性，又能确保水泥仍具备用于建筑建设的适用性。