利用埃特林石种子诱导优化高体积磷石膏泡沫混凝土，实现可持续的轻型建筑 陈一欣（Yixin Chen） 杨婉英（Wanying Yang） 李涛（Tao Li） 陈秀云（Xiuyun Chen） 袁博（Bo Yuan）

《Buildings》：Ettringite Seed-Induced Optimization of High-Volume Phosphogypsum Foamed Concrete for Sustainable Lightweight Construction Yixin Chen, Wanying Yang, Tao Li, Xiuyun Chen and Bo Yuan

　　**摘要**
本研究针对高体积磷酸石膏的低反应性和环境浸出问题，通过采用钙矾石种子诱导策略来优化泡沫混凝土的性能。这些问题可能导致机械可靠性不足、结构完整性弱以及环境安全问题。研究结果表明，最佳添加2%的种子剂量可将28天抗压强度提高到4.7 MPa，比对照组提高了150%，同时在15次湿干循环后质量损失保持在3.0%以下。微观结构分析显示，种子作为异质成核点，有助于减轻磷酸石膏杂质的不利影响，促进密集的3D交联钙矾石框架在孔壁内的生长。这种致密化显著增强了机械骨架，并将磷的浸出量减少了64.2%。然而，种子剂量超过5%可能会促进局部AFt（钙矾石）的积累和浆料-气泡的流变不匹配，从而导致微观结构缺陷和强度下降。这些发现有望为高体积磷酸石膏在泡沫混凝土中的工程应用提供科学依据，尤其是在作为轻质填充材料和非承重建筑材料用于可持续建筑方面。

**1. 引言**
全球范围内磷酸石膏（PG）的大量积聚已成为一个严重的环境和经济挑战。据估计，全球磷酸石膏库存已超过60亿吨，年增长率约为2亿至3亿吨[1,2]。磷酸石膏主要由硫酸钙二水合物（CaSO4·2H2O）组成；然而，提取过程中残留的磷酸、氟化物、有机物和微量重金属使其具有酸性并可能具有毒性[3]。长期大规模露天堆放不仅消耗了大量土地资源，还对生态构成严重威胁。未经处理的酸性渗滤液会渗透到地下水系统中，导致水体富营养化和重金属污染[4]。因此，开发高体积和高附加值的磷酸石膏利用技术不仅是磷化工行业可持续发展的 nécessité（必要性），也是实现碳中和和循环经济目标的关键步骤[1]。目前，全球磷酸石膏的整体利用率相对较低，仅为约10-15%[5]。从全球范围内看，其回收途径存在明显地区差异：日本和比利时在石膏基建筑材料和水泥缓凝剂方面的利用率较高；巴西主要将其用于农业土壤改良；印度主要应用于水泥生产和农业；俄罗斯则在农业和道路建设方面实现了一定规模的应用。相比之下，美国、芬兰、加拿大和摩洛哥等国家的利用率仍然较低，主要依赖于堆放、临时储存或海洋处置。总体而言，磷酸石膏的应用已从传统的农业和道路领域扩展到建筑材料、环境修复和稀土回收，但各国在利用率、主导应用场景和环境管理方法方面仍存在显著差异[6]。
在各种固体废物处理方法中，泡沫混凝土因其轻质、隔热、防火和声学性能而被广泛认为是磷酸石膏封存和增值的理想介质[7]。通过物理或化学发泡方法在浆料中引入大量闭孔，泡沫混凝土形成了蜂窝状结构，已广泛应用于屋顶隔热、地基补偿、道路拓宽填充物和预制墙板[8]。现有研究证实了使用磷酸石膏部分替代水泥或骨料在泡沫混凝土中的技术可行性[9,10]。全球学者还通过结合粒化高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰（FA）、生石灰和不同化学活化剂，制备了多种基于磷酸石膏的粘合剂系统[11,12,13]。文献表明，通过优化配比，基于磷酸石膏的泡沫混凝土可以提高其机械性能、耐水性和抗冻性[14]。此外，关于泡沫磷酸石膏轻质材料的代表性研究表明，引入水泥质添加剂和预制泡沫可以降低体积密度和热导率，同时保持基本强度和耐水性[15,16]。最近的研究进一步将基于磷酸石膏的泡沫系统优化从基础配合比设计扩展到对硬化过程和孔结构的针对性调控。使用水玻璃、铝酸钠和煅烧磷酸石膏的活化剂策略可以加速硬化过程，提高磷酸石膏泡沫混凝土的强度和耐水性；而化学发泡和生物发泡等自发发泡方法可以显著改变孔隙膨胀行为、基体稳定性和机械性能[17,18]。同时，研究范围还扩展到了非常规外加剂和纤维增强系统。使用H2O2、硬脂酸钙或表面活性剂辅助发泡制备的纤维增强轻质泡沫磷酸石膏复合材料表明，纤维桥接和泡沫稳定可以进一步提高机械性能、耐水性和隔热性能，说明当前研究正逐渐从简单的可行性验证转向对粘合剂组成、发泡行为、孔结构和多功能性能的协同调控[19,20]。
除了泡沫混凝土外，磷酸石膏还被应用于蒸压加气混凝土（AAC），表明其在轻质多孔材料中的应用不仅限于一种 pore-forming（成孔）途径。未经处理的磷酸石膏直接用作AAC的原材料，而含有废弃ZSM-5、天然沸石和铝粉或高比例混合磷酸石膏-脱硫灰-废弃物土壤的AAC系统已显示出可接受的密度、抗压强度、隔热性能，在某些情况下还具备额外的防火和隔音效果[21,22,23,24]。这些研究表明，基于磷酸石膏的轻质多孔材料已经从常温固化的泡沫系统扩展到蒸压多孔系统，具有更广泛的原材料组合和更多样的功能目标。然而，大多数研究集中在中等剂量的磷酸石膏、蒸压系统或非结构隔热材料上，高体积磷酸石膏泡沫混凝土在常温固化下的性能瓶颈仍未解决。使用高体积磷酸石膏仍会导致显著的性能下降[9]。首先，磷酸石膏中的残余磷酸根（PO43?）和氟离子（F?）会严重抑制水泥矿物的早期水化[25,26]。这些杂质在熟料颗粒表面形成不溶性的磷酸钙涂层，阻碍离子迁移和结晶，从而导致过长的凝固时间。其次，高体积的磷酸石膏降低了有效水泥质组分的比例，使得水化产物（特别是钙矾石AFt和C-S-H凝胶）的形成速度变慢[14]。这些产物是材料的结构基础，其形成缓慢导致早期阶段孔壁结构不牢固。这直接导致早期强度低、脱模时间延长和微观结构松散[27,28]。此外，由于磷酸石膏的溶解度受环境条件影响，高体积系统在复杂的湿干循环下容易发生强度下降和微裂纹，限制了其在高速公路工程等高可靠性场景中的大规模应用[29,30]。
为了协同改善高体积磷酸石膏泡沫 concrete 的机械性能和耐久性，研究人员转向了化学动力学调控[31]。种子诱导技术最近在低碳水泥材料领域展现出巨大潜力，成为一种高效的物理化学调控方法[32]。根据经典成核理论，晶体生长过程通常受到成核能垒的限制。引入与目标水化产物结构相匹配的纳米或微米级种子可以提供丰富的异质成核点，使水化产物绕过高能垒，直接进入加速生长阶段[33]。尽管关于使用钙矾石种子增强波特兰水泥早期强度的研究较为成熟[34]，但如何利用钙矾石种子（ES）在复杂的磷酸石膏-GGBS-水泥三元体系中定向引导水化产物的形态演变和空间排列仍是一个关键的科学挑战[35,36]。作为泡沫混凝土的主要强度贡献者，钙矾石的生长形态（棒状、棱柱状或束状）直接决定了孔壁的致密化程度[37]。
本研究旨在开发一种可持续的高体积磷酸石膏泡沫混凝土系统，其中磷酸石膏的质量比为60%，通过引入自制的钙矾石（AFt）混合种子（ES）作为水化调控策略来实现性能优化。该工作的创新之处在于使用ES来提高高体积磷酸石膏的利用率，而不是减少磷酸石膏含量或增加水泥剂量。通过为早期水化产物提供额外的成核点，ES有望缓解高体积磷酸石膏系统常见的水化缓慢和早期强度不足问题。系统评估了ES剂量对泡沫混凝土浆料流动性、机械强度、湿干循环耐久性和有害元素浸出毒性的影响，目标湿密度为...（原文此处数据缺失）。采用XRD、TG-DTG和SEM等表征技术从相演变和微观结构的角度分析了种子诱导的AFt形成及其对孔壁致密化的强化效果。这些发现有望为高体积磷酸石膏在泡沫混凝土中的工程应用提供科学依据，尤其是在作为轻质路基填充材料和非承重建筑材料用于可持续建筑方面。

**2. 材料与实验**
**2.1. 原材料**
本研究中使用的胶凝剂包括磷酸石膏（PG，来自中国松滋Stanley Yihua新材料科技有限公司）、粒化高炉矿渣（GGBS，D50 = 11.16 μm，来自中国韶关钢铁厂）和普通波特兰水泥（OPC，P.O 42.5，D50 = 11.01 μm，来自中国黄石华新水泥有限公司）。为了确保反应性和均匀性，将原始磷酸石膏在60°C下干燥24小时，并研磨至45 μm筛网上的残留物少于10%。磷酸石膏、GGBS和OPC的化学成分通过X射线荧光（XRF）测定，详见表1。此外，使用了一种动物蛋白基发泡剂（稀释比1:30，泡沫密度45 kg/m3）来引入多孔结构。

**2.2. 钙矾石种子（ES）的制备**
钙矾石（AFt）种子通过悬浮法合成。首先，按质量比1:1准确称量硫酸钙铝酸盐水泥（CSAC，D50 = 9.58 μm，来自中国唐山北极熊建筑材料有限公司）和二水石膏（来自中国上海中华制药化学品有限公司），然后与去离子水以液固比（L/S）9:1混合。将所得悬浮液放入密封容器中连续搅拌24小时以确保完全反应。随后对悬浮液进行真空过滤，得到的滤饼用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤五次以彻底去除残留水分。最后，产品在40°C的强制空气干燥箱（来自中国上海益恒科学仪器有限公司）中干燥24小时，然后粉碎、轻磨并通过800目标准筛（来自中国绍兴上虞英豪五金仪器有限公司）获得最终的钙矾石种子。通过XRD分析确认合成的ES的结晶相，平均粒径（d50）约为2.5 μm（见图1）。

**2.3. 配合比和试样制备**
对照混合物（标记为M0）的胶凝剂比例固定为PG:GGBS:OPC = 60:34:6（按质量计），水胶比（W/B）为0.40。在此基础上，按胶凝剂质量的1-5%添加ES（见表2）。制备过程包括多个步骤：（1）将固体胶凝剂和ES干混2分钟以确保均匀；（2）加入水并高速搅拌3分钟形成均匀浆料；（3）将预制备的泡沫加入浆料中，直至达到目标湿密度950 ± 20 kg/m3。将混合物浇铸到100 mm × 100 mm × 100 mm的立方模具和40 × 40 × 160 mm3的棱柱形模具中。所有试样在24小时后脱模，并在标准养护室（20 ± 2 °C，RH > 95%）中养护至指定测试龄期。每种混合物和测试龄期制备三个试样并测试。结果以平均值报告，图中的误差条表示三次测量的标准偏差。对于具有误差条的主要性能指标（如吸水性、抗压强度和湿-干循环耐久性），采用了单因素方差分析（ONE-WAY ANOVA）来评估不同混合物之间的总体统计差异，其中p < 0.05被视为具有统计学意义。方差分析结果显示，这些指标在不同混合物之间的差异具有统计学意义（p < 0.05）。表2显示了泡沫混凝土的混合比例设计。2.4 测试方法 2.4.1 物理和机械性能 使用高度为80毫米、内径为80毫米的截锥模具测量新鲜浆体的流动性。抗压强度、干密度和吸水性按照GB/T 43487-2023 [38]标准进行测试。抗压强度分别在7天、14天和28天时测量。干密度和吸水性使用28天养护后的试样测定。对于干密度，试样在40 ± 2°C的强制风干 oven 中干燥至恒定质量，并记录干质量和试样体积。对于吸水性，干燥后的试样冷却至室温，然后放入20 ± 5°C的水箱中。首先向试样高度的三分之一加水并保持24小时，然后加至试样高度的三分之二并再保持24小时。随后在试样上放置一个网格，继续加水直至水面高于试样顶部表面30毫米并保持120小时。浸泡后，将试样取出并放在铁架上沥干60秒。用拧干的湿布轻轻擦拭表面水分，然后记录湿质量。吸水性通过湿质量和干质量之间的差值计算得出。2.4.2 耐久性和环境安全性 湿-干循环测试用于模拟公路填充材料的使用条件。一个循环包括在水中浸泡12小时，然后在40°C下干燥12小时。记录5次、10次和15次循环后的质量损失和强度损失。此外，还通过水平振动法（HJ 557-2010）[39]评估了高体积磷石膏（PG）基体的环境安全性。使用电感耦合等离子体光谱法（ICP-OES）测定浸出液中的重金属和磷的浓度。2.4.3 微观结构表征 为了研究诱导机制，在特定龄期使用异丙醇替代法终止水化过程。在抗压强度测试后从试样内部取出生料样本，在40°C的强制风干 oven 中干燥，然后用玛瑙研钵（Lichen Scientific Instrument Co., Ltd., Shaoxing, China）研磨。使用MiniFlex 600衍射仪（Rigaku Corporation, Akishima, Tokyo, Japan）进行X射线衍射分析，扫描角度范围为3–70°，步长为0.02°，扫描速度为5°/min。采用SDT 650同步热分析仪（TA Instruments, New Castle, DE, USA）在N2气氛下从30°C加热到1000°C，加热速率为10°C/min进行热分析。对于SEM观察，从硬化试样的内部收集小碎片，并使用MIRA LMS扫描电子显微镜（TESCAN, Brno, Czech Republic）进行观察。主要观察断裂表面的形态和水化产物的分布，包括AFt晶体和C-(A)-S-H凝胶，并定性比较孔壁结构的局部密实度。3. 结果与讨论 3.1 物理和机械性能 3.1.1 种子对流动性的影响 添加钙矾石种子（ES）对高体积磷石膏（PG）泡沫混凝土浆体的流动性有显著的抑制作用。实验数据表明，随着ES剂量的增加，浆体的流动性呈单调下降趋势；具体来说，在5%的ES剂量（M5组）时，流动性比对照组降低了16.9%（图2）。这种流变性能的下降主要由物理和化学相互作用双重机制控制。从物理上讲，合成的ES晶体具有较高的比表面积，增加了固体相之间的内摩擦力，从而提高了悬浮液的塑料粘度。从化学角度讲，ES作为异质成核位点，显著降低了钙矾石（AFt）形成的成核能垒。根据经典成核理论，这些种子的存在使系统能够绕过高能量的自发成核阶段，在初始水化期间加速AFt的生长。这一过程消耗了大量的自由水，并建立了初步的晶体网络，进一步限制了浆体的宏观流动。这一现象与Halder等人[40]之前的研究结果一致，他们观察到加速水化通常会导致水泥系统的工作性能迅速下降。图2. 种子对泡沫混凝土浆体流动性的影响。3.1.2 干密度和吸水性 关于硬化基体的物理性能，表观干密度和质量吸水性与ES剂量之间存在明显的非线性相关性（图3）。干密度最初增加后略有下降，在3%的剂量（M3组）时达到812 kg/m3的峰值。相应地，吸水性呈U形曲线，在2%的剂量（M2组）时达到最小值28.3%，比M0组降低了10.1%。这一趋势反映了适量种子剂量的优化作用：诱导形成的针状AFt晶体与C-(A)-S-H凝胶交织在一起，填充了粘结剂浆料中的微孔，从而增强了气泡壁的致密度。然而，超过3%的剂量后，干密度的下降和吸水量的反弹表明出现了结构缺陷。这可能是由于结晶引起的内部应力以及由于粘度过高导致的浆体与气泡之间的不匹配，这两者都可能促进微结构缺陷的发展。图3. 种子对干密度和吸水性的影响。(a) 干密度。(b) 吸水性。当ES剂量过高时，浆体的高屈服应力阻止了微气泡的均匀分散，导致局部聚集或不规则排列。随着基质包裹和支持泡沫的能力减弱，材料内部形成了不规则的宏观孔隙和相互连接的通道。这些结构缺陷在加载时成为应力集中器，加速了孔壁的不稳定性和断裂[37]。文献表明，吸水性对微裂纹和孔隙连通性的敏感度高于干密度，这解释了为什么最小吸水点（M2）出现在最大密度点（M3）之前。因此，2%的ES剂量保持了最佳的流变状态，确保了孔结构的完整性和均匀性。3.1.3 种子对机械性能的影响 如图4所示，抗压强度的结果表明，ES在所有养护龄期都显著提高了机械性能，尤其是在早期阶段。M2组在7天时的抗压强度达到3.3 MPa，比M0组提高了150%。到28天时，强度达到了4.7 MPa。这一强度的提升归因于种子效应改变了水化路径，使AFt框架在气泡显著变形之前稳定了泡沫结构，从而增强了孔壁的承载能力。这与Li等人[36]关于超硫化渣系统中钙矾石种子作用的研究结果一致。总之，对于含有60% PG的复杂粘结剂系统，2%的ES剂量代表了早期激活、流变控制与长期结构稳定性之间的最佳平衡，协同优化了泡沫混凝土的强度和耐久性。图4. 不同龄期种子对抗压强度的影响。3.2 耐久性和环境安全性性能 3.2.1 干湿循环性能 含有60%磷石膏（PG）的泡沫混凝土的长期稳定性和环境友好性是其应用的关键标准。评估了M0–M5组在15次湿-干循环后的质量损失和强度保持情况，以模拟路基环境中的周期性水分变化。如图5所示，M1和M2组比对照组M0具有更好的耐候性。例如，M2组在15次循环后的质量损失率低于3.0%，有效满足了CJJ/T 177-2012 [41]对轻质填充材料的技术要求。图5. 泡沫混凝土的干湿循环性能：(a) 抗压强度，(b) 强度损失，(c) 质量损失。从机理上讲，这种提高的耐久性归因于钙矾石种子引起的成核和致密化的协同效应。在对照组M0中，相对松散的孔壁和未反应的PG颗粒在浸泡过程中形成了快速渗透水分的通道，导致内部渗透压增大和随后的表面剥落。相比之下，适量的种子（2%）促进了针状AFt晶体和C-(A)-S-H凝胶在气泡壁内形成密集的相互连接网络。这种微观结构的优化限制了毛细孔隙的连通性，从而降低了干燥阶段的体积膨胀-收缩应力。然而，与机械测试中的趋势一致，M5组过量的种子引入导致了加速的质量损失（超过8.5%）和可见的微裂纹，这可能是由于在耐久性测试之前AFt的过度结晶压力造成的先前损伤。3.2.2 泡沫混凝土的浸出液此外，还通过浸出毒性测试严格评估了高体积PG材料的环境安全性。ES改性组的主要污染物（包括磷（P）和微量重金属（Pb, Cd, Cr, As）的浸出浓度显著降低（表3）。具体来说，M2组的浸出液中的磷浓度比M0组低64.2%。浸出浓度的降低可能与两个因素有关：较密实的基质对污染物的物理封装和可能的化学固定。ES加速的水化作用导致更曲折和致密的基质，物理上捕获了污染物并限制了其向水环境的迁移。同时，AFt的增加形成可能提供了额外的污染物固定位点，通过可能的表面吸附或离子结合实现。表3. 泡沫混凝土浸出液中的常见污染物浓度（mg/L）。有趣的是，环境性能在M2剂量时达到最佳，这与最小吸水点相吻合。这种相关性表明，孔壁的密封效应是防止有害元素浸出的主要因素。关于磷石膏稳定性的文献（例如Li等人和Liu等人的研究[4,42]）证实，钙矾石的形成在pH缓冲和污染物固定方面起着重要作用。在本研究中，2%的ES剂量（M2）不仅满足了机械要求，还确保了浸出液浓度远低于监管限制（DB42/T1991-2023）[43]。因此，种子诱导策略被证明是一种有效的双用途方法，可以同时提高高体积PG泡沫混凝土的结构完整性和环境可靠性。3.3 微观结构和机制 3.3.1 种子对相组成的影响 如图6所示的XRD图案显示，所有组的主要水化产物都是针状钙矾石（AFt）和非晶态C-(A)-S-H凝胶，以及残留的石膏二水合物（来自PG）和石英（来自GGBS）。PG-GGBS-OPC系统的水化行为与原材料的化学组成密切相关。PG主要提供CaSO4·2H2O，在混合过程中部分溶解，为硫酸盐水合物的形成提供Ca2+和SO42?。OPC在早期迅速水化，产生Ca(OH)2并创建碱性环境，促进GGBS中玻璃相的溶解。GGBS中溶解的Ca、Si和Al物种进一步参与了C-(A)-S-H凝胶和AFt的形成。因此，AFt和C-(A)-S-H是这种富含硫酸盐的低水泥系统中的主要水化产物，它们的形成直接影响孔壁的致密化和泡沫混凝土的机械性能。图6。泡沫混凝土的XRD图谱：(a) 7天；(b) 14天；(c) 28天。对衍射强度的比较分析表明，在早期水化阶段（7天），M1-M3组中的AFt特征峰相对于对照组M0显著增强。从物理化学动力学的角度来看，这证实了ES的异质成核效应。在M0体系中，AFt的形成受到高成核能障碍的限制，而来自PG的残留磷酸根离子(PO43?)会进一步加剧这一问题，这些离子倾向于在胶凝颗粒表面形成钝化层。相比之下，ES作为预先存在的成核剂，促进了模板效应，使Ca2+、[Al(OH)4]?和SO42?离子能够进行外延生长，从而绕过了耗能高的自发成核阶段，表现为早期强度的显著提升。热重分析(TG-DTG)提供了水化进程的定量证据（图7）。在80至150°C之间观察到的明显吸热峰对应于AFt晶体的脱水过程。根据峰面积的计算，28天时M2组的AFt产率比M0组高出约42%，表明致密结构有效减轻了PG杂质对长期水化过程的干扰。从热力学角度来看，这些成核剂不仅重新定义了水化动力学路径，还通过加速早期水化热量的释放促进了GGBS的碱活化，从而在AFt和C-(A)-S-H凝胶之间建立了协同演化循环。

3.3.2. 成核剂对微观结构发展的作用
通过扫描电子显微镜(SEM)观察到的微观结构揭示了性能提升的物理本质（图8）。在对照组M0中，许多未反应的石膏颗粒与胶凝基质分离，AFt晶体短小、粗钝且分布随机，导致孔隙壁结构多孔且颗粒化。相比之下，M2组中的AFt晶体发育良好，具有高长径比，从ES成核剂处径向生长。这些AFt晶体在孔隙壁内部形成了三维互锁框架——类似于微纤维增强体——并与C-(A)-S-H凝胶结合，构建了更致密的局部孔隙壁微观结构。这种结构显著增强了泡沫壁的抗压能力，使其能够在不发生结构坍塌的情况下承受更高的发泡比例，这也解释了M2组为何具有高达4.7 MPa的强度和低吸水率。然而，当ES用量增加到5%（M5组）时，微观结构开始恶化。SEM图像显示AFt晶体在局部区域过度聚集。根据Correns的结晶压力理论，当晶体在受限空间（如致密墙体的微孔中）在高过饱和度下生长时，产生的结晶压力可能超过基体的抗拉强度。在M5组中，过量的AFt形成可能产生局部内部应力，并导致孔隙壁内微缺陷的发展。这些缺陷会增加传输路径的连通性，从而在淋溶过程中促进离子释放，尤其是在与浆体-气泡不匹配的大孔共同作用下更为明显。这一发现阐明了高剂量成核剂导致强度降低和耐久性下降的物理原因，强调了控制ES含量（2-3%）以平衡流变性和结晶压力是60% PG体系中结构优化的关键。

3.3.3. 成核剂在泡沫混凝土中的根本作用
对高体积磷石膏(PG)体系内微观结构特征的演化分析阐明了磷石膏种子(ES)调节泡沫混凝土性能的基本机制。研究发现，引入ES主要通过“异质成核”效应来改变化学水化过程。在PG含量丰富的体系中，传统的水化过程通常受到高成核能障碍和PO43?、F?杂质对胶凝表面化学钝化的阻碍，而ES作为预先存在的成核剂提供了低能量的结晶模板，促进了水化产物的快速外延生长，从而显著增加了磷石膏(ETtringite, AFt)的产率和形成速率，这一点从TG-DTG分析中AFt相关质量损失的42%增加得到了验证。形态学上，适量的ES（2.0%）促进了更多针状AFt晶体的形成，这些晶体与C-(A)-S-H凝胶在孔隙壁内交织，促进了更致密的微观结构。这种微观结构的致密化与孔隙壁机械性能的提高一致，并可能部分缓解PG杂质的不良影响。此外，它还可能通过孔隙壁的致密化和可能的固定作用减少有害元素的迁移。然而，在5.0%的剂量下，AFt在受限毛细空间中的过度生长可能会产生局部结晶压力。一旦这种压力超过硬化浆体的抗拉强度，就会引发微裂缝的产生和扩展。这种微损伤加之新鲜状态下的流变“浆体-气泡不匹配”可能会导致强度和耐久性的下降。因此，控制ES用量对于平衡高体积PG泡沫混凝土的水化加速、孔隙壁致密化和结构稳定性至关重要。

3.4. 对比讨论
表4提供了与改进型磷石膏基泡沫混凝土代表性研究的详细比较。现有研究主要通过胶凝添加剂改性、发泡调节、纤维增强、泡沫稳定或化学活化来改善PG基泡沫混凝土。这些方法对于特定目的有效，例如降低密度和导热性、提高孔隙稳定性和耐水性、增强声学性能或提高抗压强度。与这些研究相比，本研究的主要优势在于使用ES作为60 wt.%高体积PG泡沫混凝土体系的水化调节策略。该方法不是通过减少PG含量或增加水泥用量，也不是通过引入纤维和碱活化剂，而是利用ES促进早期水化产物的形成和孔隙壁的致密化。这一策略更直接针对高体积PG体系的关键瓶颈问题，即早期水化缓慢、早期强度发展不足和孔隙壁形成较弱。优化的2% ES用量同时改善了抗压强度、湿干循环抗性和磷的固定效果。这些结果表明，ES的引入为提高高体积PG泡沫混凝土的早期性能和工程可靠性提供了可行的途径，同时保持了较高的PG利用率。

4. 结论
本研究探讨了一种含有60 wt.% PG的磷石膏(ETtringite-seed辅助材料设计策略。通过对M0-M5样品的工作性、力学性能、湿干循环抗性、环境安全性和微观结构发展进行系统评估，得出以下结论：
- 成核剂的引入提供了一种有效的水化调节策略，提高了高体积PG在泡沫混凝土中的利用可行性。在高PG含量下，ES的加入加速了早期水化过程，并促进了孔隙壁内水化产物的形成，从而改善了高体积PG泡沫混凝土的结构发展。
- 性能的提升主要归因于成核剂诱导的AFt形成及其与C-(A)-S-H凝胶的协同作用。这些水化产物的共同生长使得孔隙壁更加致密，增强了承载骨架，并限制了有害元素的迁移。优化的2% ES用量使28天时的抗压强度达到4.7 MPa，并减少了64.2%的磷淋溶，表明机械性能和环境安全性得到了提升。
- 应谨慎控制ES用量，以平衡水化加速、浆体工作性和孔隙结构稳定性。适量的ES（尤其是2%）可以提高泡沫混凝土的机械性能和湿干循环抗性。相反，过量的ES会降低浆体的流动性，并可能引起浆体-气泡不匹配、孔隙聚合、微裂纹和强度下降。
- 所提出的ES改性高体积PG泡沫混凝土显示出作为可持续路基填充材料和其他轻质工程应用的潜力。未来的工作可以进一步扩展这种材料设计策略，评估其后期强度发展、收缩行为、体积稳定性以及在实际使用条件下的现场性能。