煅烧道路清扫沉积物对粉煤灰–矿渣地聚合物力学与流变性能的影响

把路面粉尘变成更坚固的建筑材料

每天，环卫工人会从道路上收集吨级的污秽物——通常这些都会被填埋。本文研究探讨了一个意想不到的替代方案：将这些废弃物经热处理后用作下一代“绿色”胶凝材料的成分，部分替代传统水泥。通过这样做，研究者旨在降低碳排放、改善材料性能，并为这一被忽视的城市废物流找到第二次利用的途径。

从道路清扫物到建筑用块料

本文研究的沉积物来自法国城市的日常街道清扫。它是砂、细砾、有机物以及少量城市污染物的混合物。研究团队并非将其丢弃，而是先对沉积物进行高温煅烧（称为煅烧步骤）。这一过程会燃烧掉有机物、分解部分矿物质，并使残余粉末更具活性。随后，他们将其与燃煤电厂的粉煤灰、炼钢产生的高炉水渣以及固体碱性盐混合。当加入水后，这种粉料混合物会硬化成地聚合物砂浆，一种比普通水泥更低碳的替代材料。

为什么这种废料反而有益

研究者发现，将部分粉煤灰用9–30%煅烧沉积物替代后，硬化砂浆的强度实际上提高了。对小梁和块体的测试表明，与不含沉积物的参考配方相比，7天和28天的抗弯和抗压强度都有所上升。显微和化学分析揭示了原因：沉积物富含钙和镁，这些元素促进形成致密的结合凝胶，能够将颗粒粘结在一起并填充孔隙。因此，内部结构变得更为紧密，裂缝起始点和水分入侵的空隙更少且更小。

让新拌混合物表现良好

新拌混凝土或砂浆不仅在硬化后要有足够强度，在浇筑时也必须具有良好的可施工性并在凝结过程中保持稳定。在这里，来自街道的沉积物还充当了天然增稠剂的作用。通过使用量筒进行的简单沉降试验发现，不含沉积物的混合物会迅速出现分离，上层出现澄清的水。添加仅9%沉积物便显著减少了这种“出水”现象，而在18–30%时，水几乎完全被浆体困住。流变仪测量（通过轻柔搅拌并测量抗流动阻力的装置）显示，沉积物会提高使浆体开始流动所需的初始屈服应力以及粘度。适量的沉积物使混合物在保持内聚性的同时仍足够流动以便浇注；过高的掺量则会使其变得僵硬且难以操作。

寻找最佳平衡点

研究比较了若干配方并发现了明显的权衡。在低沉积物掺量下，混合物易于施工但容易出现水分分离和最终材料中较大的孔隙。随着沉积物含量增加，孔结构变得更细、强度上升至最高水平，但浆体的流动阻力也随之增加，并表现出更强的剪切“记忆”效应，即在剪切后其内部结构能迅速重建并变得更硬。研究者指出，在约9–18%沉积物替代的实用窗口内，材料的稳定性和力学性能显著改善，同时仍保持在浇注和施工中可接受的可加工性。

这对未来建筑意味着什么

对于非专业读者，结论很简单：从城市街道刮下的粉尘经适当的热处理和配比后，可以帮助制造更坚固、更稳定且潜在更低碳的建筑构件。煅烧沉积物既作为能生成额外结合凝胶的活性组分，又作为天然粘度调节剂降低新拌浆体的出水现象。尽管长期耐久性仍需进一步评估，这项工作展示了如何将城市废物流转变为有价值的资源，从而支持更循环、更注重气候影响的建筑产业。

引用: Zeggar, M.A., Sebaibi, N., Maherzi, W. et al. Effect of calcined street sweeping sediment on the mechanical and rheological properties of fly ash–slag geopolymers. Sci Rep 16, 6747 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36673-1

关键词: 地聚合物混凝土, 道路清扫沉积物, 低碳建筑, 废物增值利用, 碱活化材料