碱激发废弃贝壳基胶凝材料：力学性能提升、水化机理解析与全生命周期可持续性评估

　　本文系统研究了废弃贝壳粉（SP）在碱激发体系中的水化反应机制与力学性能，发现SP可显著提升钙离子浓度（近50%）并促进水化反应（近40%参与反应），使砂浆抗压强度达83.6 MPa。通过优化碱激发剂配比，该材料可减少60%二氧化碳排放并降低40%生产成本，为海洋废弃资源的高值化利用与低碳建筑材料开发提供新策略（含AAM、SP、TG、C-(A)-S-H等术语）。

　　

Materials

贝壳粉（SP）取自烟台当地牡蛎，经淡水冲洗去除表面杂质并干燥后，通过球磨机制备为微纳米颗粒。经测试，精细研磨SP的密度为2365 kg/m3，BET比表面积为2.4 m2/g。粒化高炉矿渣（Slag）和粉煤灰（FA）购自山东富匡盛海矿渣微粉有限公司。

Characterization of Ca and Al dissolution

为直观研究SP在体系中的溶解情况，通过ICP-MS测试溶液中的离子浓度。根据测试方法，取10 ml稀释后的均质碱溶液进行一次性测试，以减少离子沉淀和环境温度对实验结果的影响。图4a显示，添加SP后碱溶液中的钙离子浓度显著增加。

Carbon footprint and cost analysis

生命周期评估（LCA）关注产品从原材料获取、生产、使用到处置与回收的全过程环境影响。LCA常用于计算混凝土的碳排放与成本分析（Cunningham and Miller, 2020; Lanjewar et al., 2023）。首先需定义系统边界与功能单位。本研究采用“摇篮到大门”系统边界，计算相关碳排放与能源消耗。

Conclusion

本文以废弃贝壳为原料，提出了一条兼具高性能与环境效益的可持续利用路径。采用多技术手段（包括ICP-MS、等温量热法、TG-DSC、XRD和SEM）系统研究了其在碱激发体系中的水化反应机制。明确了不同激发剂（SH、SS及其1:2复合物）对反应动力学与强度发展的影响。此外，通过生命周期评估与成本分析证实了该材料的低碳与经济可行性。