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文献速读 Case Stud. Constr. Mat. ：湿法碳化城市生活垃圾焚烧飞灰-机械活化粉煤灰低碳三元复合水泥  题目 Low-carbon blended cement containing wet carbonated municipal solid waste incineration fly ash and mechanically activated coal fly ash 湿法碳化城市生活垃圾焚烧飞灰-机械活化粉煤灰低碳三元复合水泥 关键词 焚烧飞灰；粉煤灰；复合水泥；机械活化；水泥水化；碳排放 来源 出版年份：2023年 来源：Case Studies in Construction Materials 作者：台州学院建筑工程学院沈新宇、何海杰、何闯等人 研究背景 随着中国城镇化不断发展，生活垃圾产量逐年攀升。焚烧处理利于减容减重且可回收电能，是目前推广的生活垃圾处理方式。然而，垃圾焚烧的副产物焚烧飞灰（IFA）属于有害固废，需妥善处理。IFA中含有大量钙相和一定量硅铝相，且粒径基本在100 μm以下，经处理后可用作水泥掺合料。研究表明，将IFA进行湿法碳化处理后掺入水泥，碳化形成的纳米碳酸钙可与水泥中铝相反应生成碳铝酸盐从而优化孔隙结构，实现20%的水泥替换率。通过引入更多铝相，有望进一步提升水泥替换率。 粉煤灰（CFA）是燃煤发电产生的一种固废，其内部含有丰富的铝相。与矿渣、偏高岭土等富铝水泥掺合料相比，CFA因其低价而具备更好的经济价值，但CFA在常温下活性相对较低。已有研究表明，对CFA进行机械研磨，将其颗粒破碎，可增加其比表面积，并促进内部硅铝相溶出，从而提升其反应活性。因此，将机械活化CFA与湿法碳化IFA协同掺入硅酸盐水泥（PC），有望实现更高的水泥替换率，进一步降低水泥碳排放。 研究出发点 FA经湿法碳化处理后可用作水泥掺合料，但其水泥替换率仅为20%。通过进一步掺入CFA引入更多铝相，有望提升水泥替换率。然而，经机械活化后的CFA对IFA-CFA复合水泥的水化机理及水泥替换率影响尚不明确。 研究内容 本文通过使用湿法碳化IFA和机械活化CFA部分替代PC配制三元复合水泥，研究了不同机械活化程度CFA（CCFA，粗CFA；MCFA，中CFA；FCFA，细CFA）和总水泥替换率对复合水泥水化机理、抗压强度、孔隙特征的影响；对比了IFA和复合水泥砂浆的重金属浸出浓度；评估了各组水泥的碳排放当量。 表1 三元复合水泥配合比   图1 水泥净浆的水化放热曲线  图2 各组水泥砂浆不同龄期的抗压强度  图3 各组净浆不同龄期的XRD图谱：（a）PC100；（b）I5FC10；（c）I10CC20；（d）I10MC20；（e）I10FC20；（f）I15FC30。E=钙矾石（AFt）, M=莫来石, Hc=半碳铝酸钙，CH=氢氧化钙  图4 净浆90天水化后的孔结构特征  图5 各组水泥的碳排放估值：（a）每吨水泥碳排放，（b）强度归一化后的碳排放 表2 原IFA重金属浸出浓度  表3 复合水泥砂浆的各重金属渗出浓度  总结 本文探讨了将湿法碳化焚烧飞灰（IFA）和机械活化粉煤灰（CFA）联合掺入硅酸盐水泥（PC）中开发低碳三元复合水泥的可行性。主要结论如下： （1）与PC相比，复合水泥的早期水化被抑制，但IFA中的硫酸盐和CFA中的铝相促进了早期钙矾石（AFt）生成。此外，IFA中的碳酸钙可与多余铝相反应生成碳铝酸盐，从而稳定后期的AFt。 （2）CFA的火山灰反应以及PC-IFA-CFA协同作用生成AFt和碳铝酸盐，可弥补PC熟料减少造成的强度损失。在15%的替换率下，复合水泥砂浆表现出比PC更高的强度。基于3 d和28 d强度结果，IFA与机械活化CFA可协同取代45%的PC。 （3）对CFA进行机械活化，可提升其在复合水泥中的填料效应，促进PC早期水化。此外，机械活化促进了CFA自身的火山灰活性且增加了AFt和碳铝酸盐的生成，进一步优化了孔隙结构。 （4）铅（Pb）是原IFA中唯一浸出浓度超标的重金属（超出规定限值875%）。复合水泥砂浆中的Pb浸出浓度仅约为限值的1%，证明了复合水泥在重金属稳定化方面的安全性。 （5）与PC相比，所制备的三元复合水泥可显著降低碳排放。基于强度归一化的碳排放分析，同等强度下复合水泥可降低约42%的碳排放。 |
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