通过湿法研磨碳酸化处理，提高富钙粉煤灰的碳酸化性能、火山灰反应活性及体积稳定性

《CEMENT & CONCRETE COMPOSITES》：Enhancement of carbonation, pozzolanic reactivity and volume stability of calcium-rich fly ash via wet-milling carbonation

　　

李宇博|吴欣|何星阳|苏颖|王英斌|杨金|郑正奇|金志豪|田聪|博胡米尔·斯特恩纳德尔|张明忠

摘要

利用富含钙的粉煤灰（CFA）通过碳矿化作用制备辅助胶凝材料（SCMs），为建筑行业的废弃物利用和脱碳提供了一种有前景的策略。本研究提出了一种新型的湿法研磨碳化（WMC）方法，该方法将机械力引入湿法碳化过程中，以克服目前使用碳酸化粉煤灰（CCFA）作为SCMs所面临的局限性，如碳化效率低、反应性不足以及体积稳定性风险等问题。实验结果表明，WMC方法在0.5小时内使CCFA的碳化程度达到41.62%，二氧化碳吸收量达到每吨CCFA 62.9公斤，这一数值比不施加机械力的1小时湿法碳化过程高出56.9%。WMC显著提升了CCFA的反应性；当CCFA的替代比例达到30%时，制备的砂浆28天后的抗压强度相当于纯水泥的104.9%，说明可以在不降低强度的前提下提高替代比例。同时，WMC还降低了CCFA的体积不稳定性风险，其干燥和高压蒸煮过程中的体积膨胀仍在可接受范围内，这是基于CCFA的SCMs实际应用的关键前提。从机理上讲，WMC过程遵循与简单气泡碳化不同的三步反应路径。引入的机械力不仅促进了碳化产物从CCFA颗粒表面的剥离，还通过颗粒破碎作用生成了新的活性表面。这两种效应共同消除了扩散障碍，增强了潜在有害钙物种的溶解和稳定作用，并改善了Si(Al)-O网络的解聚-再聚合过程。本研究证实，WMC是一种有效且可行的方法，能够从CCFA制备出高性能、具有碳捕获能力的SCMs。