粪便污泥衍生生物炭改性混凝土的力学、耐久性与微观结构性能

《Scientific Reports》：Mechanical, durability, and microstructural performance of biochar-modified concrete using faecal sludge–derived biochar

　　

摘要

本研究探讨了源自粪便污泥处理厂（FSTP）收集的粪便污泥生物炭在混凝土应用中部分替代水泥的潜力。这些处理厂收集、处理和管理来自化粪池和卫生系统的人类废弃物。本研究专注于确定生物炭的最佳剂量，以评估其对混凝土力学性能、耐久性及微观结构变化的影响。通过强度活性指数评估了生物炭的火山灰活性，同时测量了收缩率、抗压强度、抗折强度、吸水率和孔隙率等参数，以衡量其对混凝土性能的影响。结果表明，以 5% 和 10% 的特定剂量掺入生物炭，可显著改善混凝土性能。经过 91 天养护后，10% 生物炭替代的混凝土抗压强度提高了 21%，抗折强度提高了 42%，突显了生物炭对力学性能的贡献。经过 28 天养护后，含 15% 生物炭混凝土的吸水率和孔隙率值与传统对照组混合物相当。120 天后，10% 生物炭砂浆混合物中观察到的干缩与普通波特兰水泥（OPC）砂浆相似，表明生物炭具有在较长时间内保持尺寸稳定性的潜力。报告还指出，由于生物炭含量的增加，混凝土样品中的重金属浓度有所降低。这一结果成功表明，通过潜在降低有害物质的浸出，有助于环境可持续发展。