利用未处理的灰塘灰作为细骨料和研磨灰塘灰作为胶结料的地聚合物混凝土生产

将电厂废料变为建筑资源

燃煤电厂会留下大量灰渣，通常被冲入大型池塘并在其中存放多年。这些灰塘占用土地、渗出污染物，同时也是一种被严重低估的资源。本文研究了是否可以将这些灰塘灰转化为更环保混凝土的关键成分，从而在清理顽固工业废弃物的同时潜在地减少碳排放。

从灰塘到新型混凝土

存放在灰塘中的煤灰是长期浸泡于水的粗细混合颗粒。作者将直接从这些池塘舀取的材料称为“未处理的灰塘灰”，并考察了两种将其用于地聚合物混凝土的方法——地聚合物混凝土是一种以工业副产物代替传统水泥的混凝土类型。其一，用未处理的灰塘灰按不同比例（从少量到100%）替代混凝土中通常使用的天然砂；其二，将部分灰塘灰机械研磨成更细的粉末，称为研磨灰塘灰，用其部分或全部替代地聚合物配合料中常用的粉煤灰。

设计更环保的配合比

在所有配合比中，胶结体由活化铝硅酸盐粉体的氢氧化钠与硅酸钠溶液形成，同时按固定比例加入高炉矿渣以提供额外的钙，加速硬化。研究者浇筑了多批混凝土，改变天然砂被未处理灰塘灰替代的比例，以及粉煤灰被研磨灰塘灰替代的程度。然后他们在常温下养护试件，避免了常与地聚合物相关的高能量热养护，测量了新拌混凝土的可操作性、随时间变化的强度以及在侵蚀性化学环境下的耐久性表现。

在减少天然砂的情况下的强度表现

用未处理灰塘灰替代天然砂使新拌混凝土变得更稠、更难施工，主要因为灰粒子孔隙率高且比常规砂更细，吸收更多液体。然而，对强度的影响出乎意料地有限：即使灰塘灰完全替代天然砂，28天抗压强度仅下降约7%，并在更长时间养护后达到约40兆帕——足以满足许多结构应用。显微与红外分析表明，灰塘灰并非完全惰性；其反应性成分会随时间参与地聚合物网络，填充孔隙，帮助混凝土在28到56天间继续增强强度。

研磨灰料与面对恶劣环境

将灰塘灰研磨为更细的粉末提高了其可反应的二氧化硅含量，但作为胶结料仍落后于常规粉煤灰。当粉煤灰逐步被研磨灰塘灰替代时，早期强度保持相近，这主要由于矿渣在早期反应中占主导地位。然而在后期，含更多研磨灰塘灰的配合比发展出略低的强度和较粗糙的内部组织。耐久性试验则呈现出复杂结果：所有地聚合物混凝土在硫酸耐蚀性上均优于普通硅酸盐水泥混凝土，后者因生成石膏及其他膨胀产物而出现较大质量和强度损失。但在氯离子渗透性测试中，普通水泥混凝土表现最佳，而地聚合物混凝土——尤其是富含研磨灰塘灰的配合比——显示出中等渗透性。

对未来建筑的意义

对非专业读者而言，结论是大部分滞留在电厂灰塘中的灰渣可以转化为更环保混凝土的有用成分。通过将未处理灰塘灰作为全部砂料并将研磨灰塘灰作为部分胶结料，研究者制备出在室温下养护的中等结构强度地聚合物混凝土，其中约有多达37%的固体成分来自该废料。该混凝土可操作性较差且对盐分渗透略为敏感，但在酸性环境中表现显著更好，适合用于工业地面或污水管道。通过进一步改良——例如引入更高反应性的添加剂和更安全、更易操作的干式活化剂——这一方法有望将一项重大污染问题转变为宝贵的建筑资源。

引用: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

关键词: 地聚合物混凝土, 灰塘灰, 燃煤灰再利用, 可持续建筑, 耐酸混凝土