用作土质建筑材料中石灰替代品的煅烧牡蛎壳粉

《Scientific Reports》：Calcined oyster shell powder as a lime substitute in earthen building materials

　　

摘要

本研究采用控制性替代设计及简化的从生产到使用全周期碳排放评估方法，探讨了将煅烧牡蛎壳粉作为石灰替代品用于土质建筑材料的可行性。研究准备了五种不同比例含有煅烧牡蛎壳粉的混合物，对其新鲜状态下的性能、28天抗压强度、EDS分析得到的元素比例、扫描电镜下的微观结构以及由此计算出的粘结剂相关碳排放进行了综合评估。流动度测试结果显示，添加煅烧牡蛎壳粉对混合物的流动直径影响较小，而振动处理后的微观结构则因替代比例的不同而存在差异。28天抗压强度测试表明，含有煅烧牡蛎壳粉的混合物仍具有与传统含石灰混合物相当的强度，但并未展现出明显的强度提升效果。元素比例R＝Ca/(Si＋Al)的变化并非单调规律，扫描电镜观察也显示出不同混合物在基质致密程度和均匀性方面存在差异。在基准情景和低碳电力供应情景下，随着煅烧牡蛎壳粉替代比例的增加，按质量计算的粘结剂相关碳排放量均有所下降。以抗压强度为基准进行归一化处理后，碳排放强度指标对实际力学性能的敏感度更高，这说明在评估煅烧牡蛎壳粉的替代效果时，应考虑强度与碳排放之间的权衡，而非仅从力学优化角度出发。总体而言，研究结果表明，在所测试条件下，煅烧牡蛎壳粉可作为一种潜在的低碳石灰替代品用于土质建筑材料。本研究的主要贡献在于，首次对土质材料中以贝壳为来源的钙替代品在力学性能、元素组成、微观结构以及碳排放等方面的表现进行了系统性对比分析。这些研究结果需结合特定的实验设计和碳排放核算假设来解读。