用于抹灰砂浆的低能耗煅烧黏土（来自埃及灰色黏土）与消化石灰的力学与微观结构特性

为日常建筑打造更环保的墙面

从民居到历史古迹，大多数我们看到的墙面都覆盖着基于波特兰水泥的薄层砂浆，这种材料带来沉重的碳足迹。本研究探讨另一条路径：使用经低温轻度烧成的埃及灰色黏土，再与传统石灰混合，制成对气候更友好、对老建筑更温和、且仍足够坚固以满足日常使用的有色墙面涂层。研究展示了这些低能耗混合料的行为方式，以及它们为何可能帮助建筑业向更可持续的饰面转变。

为什么要重新思考墙面的材料？

普通波特兰水泥在巨型窑炉中以高达约1450 °C的温度生产，每生产一吨几乎就排放一吨二氧化碳。相比之下，石灰和煅烧黏土可在明显更低的温度下制备，且随着时间还可重新吸收部分CO₂。石灰基抹灰在旧建筑修复中已很受重视，因为它能让墙体“呼吸”，允许湿气逸出而不是被困在内部。然而，纯石灰凝结缓慢且强度有限。作者们探讨了是否可以用以低温煅烧黏土为主、消化石灰为辅的结合剂来替代装饰性抹灰中的水泥，尤其是在像埃及这样适合黏土资源丰富的国家。

把本地黏土变成新型结合剂

研究团队采集了来自西奈南部的灰色黏土，并在电炉中以750 °C加热，这一温度旨在激活黏土的内部结构而不使其成为致密陶瓷。此处理使黏土转化为细颗粒、高活性的粉末，即煅烧黏土。随后他们将该粉末与消化石灰按不同比例混合，制成一系列基础砂浆，均以标准砂和足量水搅拌至可操作的一致性。通过X射线衍射和红外光谱等技术，他们跟踪了混合料在硬化过程中内部结构的变化，寻找能够将砂粒结合在一起的新矿物相的形成。

寻找强度与可加工性的最佳平衡点

通过在7、28和90天测试抗压和抗弯强度，团队发现约含60%煅烧黏土和40%消化石灰的配比（称为L40）提供了最佳平衡。该配方需水量相对较少，凝结时间适中，并在煅烧黏土与石灰反应形成类似水泥的结合相后发展出适用于抹灰的强度。石灰过少会导致部分黏土未被充分利用，而石灰过多则会形成不稳定的化合物，随着时间推移可能削弱砂浆。研究人员表明，在L40配方中，既有早期的化学反应，也有石灰较慢的碳化过程，共同促成了更致密、更强的微观结构。

在不牺牲性能的前提下添加颜色

在确定了最佳结合剂后，团队进入第二阶段：通过将L40与砂、石灰石填料、一点保水添加剂以及绿色或黄色无机颜料混合来配制有色抹灰。他们改变结合剂与颜料的用量，然后测量新拌砂浆的易摊性、凝结速度以及硬化后强度和孔隙率。所有有色砂浆均符合欧洲标准EN 998‑1对抹灰砂浆的要求。其中一种含35% L40结合剂和2%黄色颜料的配方（R35Y）显示出特别有吸引力：它结合了足够的强度、良好的可加工性和稳定的色彩，同时所用材料在埃及相对便宜且易得。

为建筑带来舒适、粘结与保护

除了原始强度外，研究还考察了直接影响建筑性能的属性。R35Y抹灰的热导率低于常规白色水泥参考样，这得益于其更高的孔隙率，意味着它能在一定程度上帮助墙体更好地阻隔热流。其对典型基底的粘结力与水泥抹灰相当，且孔隙结构允许湿气通过涂层移动而非被困住。这些特性对历史砌体尤为重要，因为刚性、致密的水泥抹灰随着时间可能导致开裂、盐害和剥落。

这对未来建筑意味着什么

简而言之，作者们证明了经过精心调配的低温煅烧埃及黏土与消化石灰混合物可以替代装饰性和保护性墙面涂层中的传统水泥。最佳配方提供足够的强度、良好的粘结性、对湿气的调节能力，甚至改善隔热性能，同时在生产中消耗更少能量并产生更少CO₂。尽管在恶劣气候下的长期耐久性仍需全面测试，这类黏土—石灰抹灰指向了一个未来：我们的建筑色彩外衣不仅服务于外观，也能助力气候友好且尊重遗产的建筑实践。

引用: Salama, K.S., Kishar, E.A., Ahmed, D.A. et al. The mechanical and microstructural characteristics of low-energy calcined clay from a high-Egyptian gray clay with hydrated lime for rendering mortar applications. Sci Rep 16, 7932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37982-1

关键词: 煅烧黏土, 石灰抹灰, 低碳建筑, 有色砂浆, 历史建筑保护