综述：低碳地聚合物混凝土用于可持续路面应用：材料、性能与可持续性

《Next Materials》：Low-carbon geopolymer concrete for sustainable pavement applications: Materials, performance, and sustainability

　　

对低碳和资源节约型基础设施日益增长的需求，加速了人们对地聚合物混凝土(GPC)作为普通硅酸盐水泥(OPC)混凝土可持续替代品的关注。GPC通过碱激发粉煤灰(FA)、粒化高炉矿渣粉(GGBS)、偏高岭土(MK)和其他工业副产物等铝硅酸盐前驱体而制成，具有减少CO₂排放的潜力，同时可提供具有竞争力的工程性能，但该效益的大小取决于材料组成、活化剂体系、养护条件和评估边界。本综述批判性评估了GPC在可持续路面应用中的最新进展，重点关注组成材料、碱性活化剂体系、工程性能、耐久性、微观结构特征和可持续性。其中特别强调了前驱体组成、活化剂化学、再生混凝土骨料(RCA)和低碳活化剂。在已研究的条件下，FA–GGBS混合物通常被认为能提供和易性、强度、耐久性和可持续性之间的良好平衡。RCA和其他废弃物衍生材料的掺入进一步提高了资源效率，并支持循环经济原则。本文还讨论了当前面临的挑战，包括前驱体变异性、标准化配合比设计和现场实施，并提出了未来研究方向，以加速GPC在可持续路面基础设施中的推广应用。

1. 引言

可持续基础设施发展已成为全球优先事项，以应对快速城市化、气候变化和自然资源枯竭。普通硅酸盐水泥(OPC)作为传统混凝土的主要胶凝材料，其生产过程涉及高能耗、高强度自然资源消耗以及大量CO₂排放。地聚合物混凝土(GPC)通过碱激发铝硅酸盐前驱体制备，具有较低隐含碳、优异强度和耐久性等潜力，适用于刚性路面。本综述旨在整合材料、活化剂体系、工程性能、耐久性、微观结构、可持续性及现场实施等多个方面，为可持续路面应用提供统一框架。

2. 综述方法

本综述遵循PRISMA框架进行系统文献检索，从Scopus和Web of Science中检索2015至2026年间发表的同行评审文章。筛选过程依据出版时间、文献类型、语言以及与主题的相关性，排除了会议论文和缺乏技术信息的记录。定性综合时重点评估了研究目标的清晰性、材料表征、配合比细节、养护条件、测试标准及结果的定量报告，对方法不完整的研究谨慎解读。

3. GPC可持续路面应用的研究格局

研究格局可归纳为五个相互关联的主题：可持续性与循环经济、铝硅酸盐前驱体、碱活化剂体系与配合比设计、工程性能以及路面应用。前驱体和活化剂体系控制地聚合反应，显著影响新拌性能、力学性能、耐久性和路面性能。近期研究强调低碳前驱体、环境友好型活化剂、再生混凝土骨料(RCA)和其他废弃物衍生材料，同时微观结构表征、人工智能辅助配合比设计、生命周期评价(LCA)等新兴工具加速了下一代GPC的发展。

4. 组成材料与活化剂体系

4.1 铝硅酸盐前驱体

铝硅酸盐前驱体控制地聚合过程，其SiO₂、Al₂O₃和CaO含量决定了反应动力学和胶凝材料形成。粉煤灰(FA)和粒化高炉矿渣粉(GGBS)因互补特性而应用最广，偏高岭土(MK)、稻壳灰(RHA)和硅灰(SF)有助于致密化和耐久性。FA–GGBS混合体系通常实现平衡性能，但最佳比例取决于具体需求，较高GGBS含量提升早期强度，较高FA含量改善和易性和长期强度。

4.2 碱活化剂体系

NaOH–Na₂SiO₃仍是最常用活化剂，强度发展优异；Na₂CO₃和Na₂CO₃–Na₂SiO₃则成为低碳替代品。活化剂摩尔浓度、液胶比(L/B)和Na₂SiO₃/NaOH比例显著影响反应进程和性能。混合活化剂虽反应较慢，但优化后可获得较好的长期强度和耐久性，同时降低环境影响。

4.3 骨料与辅助材料

骨料约占体积的70–80%，天然粗骨料(NCA)、机制砂(M-sand)和再生混凝土骨料(RCA)是主要选择。RCA因附着砂浆而形成多孔且较弱的界面过渡区(ITZ)，预处理技术