《Polymers》：Obsidian, Waste Ceramic Powder, and Recycled Concrete Powder as Alternative Aggregates in Hydroxypropyl Methylcellulose-Stabilized Foamed Concrete: Mechanical, Thermal, and Durability Performance
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以标准砂分别按25%、50%和100%质量取代率使用黑曜石、废陶瓷粉（WCP）和再生混凝土粉（RCP）作为替代骨料，在羟丙基甲基纤维素（HPMC）稳定的泡沫混凝土（FC）体系中，研究人员评估了材料的热学、耐久性与力学特性。研究人员通过密度、抗压强度（CS）、超
以标准砂分别按25%、50%和100%质量取代率使用黑曜石、废陶瓷粉（WCP）和再生混凝土粉（RCP）作为替代骨料，在羟丙基甲基纤维素（HPMC）稳定的泡沫混凝土（FC）体系中，研究人员评估了材料的热学、耐久性与力学特性。研究人员通过密度、抗压强度（CS）、超声脉冲波速（UPV）、吸水率（WA）、高温耐受性（200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃）、冻融性能、导热系数（TC），以及扫描电子显微镜—能谱分析（SEM–EDS）和X射线衍射（XRD）进行分析。结果表明，对照组的28天CS为0.545 MPa，黑曜石基FC最高达2.590 MPa；WA由117.7%降至黑曜石基FC的46.9%；UPV因RCP、WCP和黑曜石的不同取代率在1355～1795 m/s间变化；黑曜石基FC在50%取代时TC最低，为0.08185 W/(m·K)；100%黑曜石取代试样在800 ℃下仍保留0.5936 MPa抗压强度。研究表明，黑曜石、WCP和RCP作为FC替代骨料，在制备耐久、热效率高且可持续的轻质建筑材料方面具有潜力。
研究背景方面，混凝土是现代结构体系中最主要复合材料之一，其原材料供应与生产过程带来显著环境影响。泡沫混凝土（FC）具有低密度、保温、防火和施工性好等优点，但相比普通混凝土吸水率高，多孔毛细孔网络会加速有害离子传输，限制耐久性。现有文献多单独研究某一种废弃或天然替代骨料，缺少在统一实验框架下对多种替代骨料系统比较；再生混凝土粉（RCP，由建筑拆除废混凝土经破碎粉磨得到的细粒材料）、废陶瓷粉（WCP，陶瓷工业与建筑废料粉磨得到的铝硅酸盐细粉）和黑曜石（火山成因天然玻璃，高硅非晶材料）在FC中尤其缺乏并列研究。因此，研究人员在《Polymers》发表该文，于同一配合比体系中比较三者对FC力学、物理、热学与微观结构的影响，以拓展可持续高性能FC设计思路。
主要关键技术方法上，研究人员以CEM I 42.5 R波特兰水泥为胶凝材料，标准砂为参照骨料，采用预发泡法制备FC；样本队列来源包括Cevahir商品混凝土厂的20–30 MPa普通强度混凝土试件再生所得RCP、陶瓷生产与拆除活动所得WCP、以及里泽省?kizdere地区?a??rankaya产黑曜石。研究人员保持胶凝材料、水胶比和泡沫量不变，仅按等质量取代标准砂25%、50%、100%设组，并进行密度、WA、CS、UPV、TC、高温、冻融、SEM–EDS与XRD表征。
研究结果如下。密度：所有改性组密度均高于对照组490 kg/m3；黑曜石组随取代率增加升至900 kg/m3，说明细颗粒填充使内部更密实。吸水率（WA）：对照组117.7%；黑曜石组降至46.9%，RCP组多低于对照，WCP组呈非单调波动，反映孔连通性与骨料类型共同控制渗水行为。抗压强度（CS）：对照7天0.374 MPa、28天0.545 MPa；黑曜石100%组28天达2.590 MPa，RCP组均超1.0 MPa，WCP组中等增益，表明骨料—浆体相互作用和堆积密实度决定强度。超声脉冲波速（UPV）：对照1372 m/s，黑曜石100%组1795 m/s最高，WCP全取代组1355 m/s略低于对照，说明基质连续性和密实度主导波速。导热系数（TC）：对照0.08606 W/(m·K)；黑曜石50%组最低0.08185 W/(m·K)，全取代则升至0.13574 W/(m·K)，WCP与RCP全取代均升高，显示TC受密度、骨料特性和孔结构联合影响。高温性能：S1对照600 ℃后严重劣化、800 ℃无承载力；S4黑曜石组各温度均最高，800 ℃残强0.5936 MPa；S7的WCP组600 ℃前较稳，S10的RCP组200–400 ℃降幅大，说明非晶富硅黑曜石提升热稳性。冻融性能：16次循环后S1、S7、S10解体，S7第10次即破坏，S4黑曜石组保持完整，表明黑曜石降低孔隙连通性、抗冻性最优。SEM分析：各组长观均见异质孔隙，高倍下见C–S–H凝胶、钙矾石（AFt）针状晶体、未反应颗粒与微裂纹，黑曜石组孔壁与界面更连续。EDS分析：均含Ca、Si、O、C、Al、Fe、Mg；Ca/Si由S1的4.09降至S7的2.25，说明改性组水化产物聚合度更高。XRD分析：各组均含AFt/AFm、氢氧化钙（portlandite）、石英（SiO2）与方解石（CaCO3），仅衍射峰相对强度不同，未产生全新晶相。
讨论部分总结：研究人员指出FC性能不能由单一因素解释，而是骨料特性、颗粒堆积和孔结构共同作用。黑曜石通过非晶二氧化硅改善堆积与界面，使密度、CS、UPV升高且WA、TC在低掺量优化；RCP借残存水硬相和微填充效应获中等改善；WCP响应随取代率波动且高取代耐久变差。微观上Ca/Si变化与文献中C–S–H致密化趋势一致，XRD相似相组成说明替代骨料主要改变结晶相比例而非生成新矿物。该框架补足了多替代骨料统一评价空白。
结论部分翻译：本研究对标准砂分别以黑曜石、WCP和RCP按不同水平取代的FC性能作了系统评估。主要结论为：CS由对照组0.545 MPa增至黑曜石100%取代的2.590 MPa，RCP组均大于1.0 MPa，WCP组最高0.824 MPa；黑曜石组WA最低46.9%，RCP组多为50.4%–62.8%，WCP组60.8%–111.1%呈变异；UPV以黑曜石组1795 m/s最高，WCP全取代1355 m/s低于对照；TC在黑曜石50%组最低0.08185 W/(m·K)，高取代下各体系均升，WCP全取代最高0.15139 W/(m·K)；高温下S1于800 ℃失承载，S4残强0.5936 MPa，S7与S10亦于800 ℃失效；冻融中仅S4保持完整，S7第10次破坏；SEM–EDS与XRD证实异质孔、C–S–H、AFt、portlandite共存，Ca/Si由4.09变至2.25。研究核心贡献是在统一框架内直接比较黑曜石、WCP与RCP对FC力学、物理、热学和耐久性的相对影响，为轻量、耐热、可持续FC提供材料路径，但推广需考虑黑曜石区域可得性、RCP批次波动与WCP高掺量不稳定性。
