粉煤灰与硅酸盐水泥在碱激发蔗渣灰基泡沫轻质混凝土中用于可持续非承重砌筑构件的性能比较

《Next Materials》：Comparative performance of fly ash and Portland cement in alkali-activated bagasse ash-based cellular lightweight concrete for sustainable non-load-bearing masonry units

　　

利用工业副产品开发低碳泡沫轻质混凝土（CLC）作为传统硅酸盐水泥（PC）基材料的可持续替代品，引起了越来越多的关注。本研究比较了高钙粉煤灰（FA）和PC对碱激发蔗渣灰（BA）基CLC性能的影响。将BA部分替代为FA、PC或其组合，并使用10 M或15 M氢氧化钠（SH）进行激发，同时保持目标新拌密度为1000 kg/m³。评估了抗压强度、吸水率、干燥收缩、导热系数和微观结构。测试结果表明，提高SH浓度通常改善了抗压强度并降低了吸水率。同时含有FA和PC的混合物表现出最佳的整体性能。最佳混合物满足非承重泡沫混凝土的强度要求，并表现出0.307至0.458 W/m-K的导热系数。与PC基CLC参照样相比，优化的碱激发CLC混合物通过利用BA和FA，以较低的PC消耗实现了相当的工程性能。除比较FA和PC外，本研究还揭示了钙源、工程性能、隔热性能和隐含CO₂排放之间的关系。这些发现为设计用于非承重砌筑应用的低碳碱激发CLC提供了实用指导。

建筑业亟需减少温室气体排放，同时满足可持续和节能基础设施需求。轻质胶凝材料如泡沫轻质混凝土（CLC）因低密度、隔热隔音好、自密实等优点广泛用于非承重墙和隔墙板。但传统CLC主要依赖硅酸盐水泥（PC），其生产过程产生大量CO₂。碱激发胶凝材料（AAB）以铝硅酸盐工业副产品和农业残留物为前驱体，在碱性激发下生成N–A–S–H和C–(A)–S–H凝胶，可显著降低隐含CO₂排放。然而，碱激发CLC研究仍较少，因为CLC中引入的封闭气孔会根本改变反应动力学、孔结构和热传输，致密AAB的研究结果不能直接外推。

蔗渣灰（BA）是制糖工业副产品，SiO₂含量高，但反应活性较低，因为其SiO₂多为结晶石英。掺入钙质材料如高钙粉煤灰（FA）和PC可提升反应活性。FA提供活性硅铝和钙，PC提供高活性C₃S和C₂S，二者与碱激活共同作用可加速反应、细化孔结构。然而，两种钙源对CLC工程性能和碳排放的影响尚未系统比较，缺乏关于环境养护下碱激发BA基CLC的组成-结构-性能-可持续性整体框架。为此，本研究比较了FA和PC对碱激发BA基CLC的影响，并寻找最优配方。

研究人员主要采用了以下技术方法：按ASTM C796/C796M-19进行配合比设计，控制目标新拌密度为1000 kg/m³；按ASTM C39/C39M-21测试抗压强度；按ASTM C642-21和TIS 2601-2556测定吸水率；按ASTM C490/C490M-