基于物理与化学激发的废陶瓷粉水泥稳定碎石力学性能研究学术报告
作者及发表信息
本研究由长沙理工大学交通学院的李雪连、洪潮、李岳林、黄妍、刘雨轩合作完成，成果以《基于物理与化学激发的废陶瓷粉水泥稳定碎石力学性能研究》为题，发表于《长沙理工大学学报(自然科学版)》，网络首发时间为2025年12月23日，DOI编号10.19951/j.cnki.1672-9331.20251111001。研究得到国家自然科学基金（52178412）和湖南省自然科学基金（2025JJ50298）支持。
学术背景
陶瓷工业固废年产量超千万吨，传统堆填处理导致资源浪费与环境压力。同时，水泥生产的高碳排放（每吨熟料排放0.8吨CO₂）亟需替代材料。废陶瓷粉富含SiO₂和Al₂O₃，具有火山灰活性潜力，但天然活性低，直接应用效果有限。本研究通过物理研磨与化学碱激发（NaOH溶液）提升废陶瓷粉活性，探究其替代水泥用于路面基层（水泥稳定碎石，CSM）的可行性，目标为同时解决固废资源化与建材低碳化问题。
研究流程与方法
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材料制备与表征
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废陶瓷粉：源自景德镇瓷砖废料，经三级破碎后X射线荧光分析显示SiO₂（68.26%）和Al₂O₃（17.10%）为主成分。
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激发处理：
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物理激发：将320目废陶瓷粉研磨至400目，增加比表面积；
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化学激发：采用3% NaOH溶液破坏Si-O-Al键，释放活性单体。
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对照组设置：未激发废陶瓷粉（CWP）、物理激发（P-CWP）、化学激发（C-CWP）。
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胶凝材料性能测试
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流动性：迷你扩展度试验（水胶比0.4/0.5），化学激发组流动度提升最显著（掺量15%时较未激发提高12.3%）；
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凝结时间：维卡仪测定显示物理激发缩短初凝时间42分钟（掺量20%），化学激发缩短30分钟，均加速水化。
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砂浆力学性能
- 抗压/抗折强度：28天龄期下，化学激发组抗压强度（55.8 MPa）比未激发提高12.3%，抗折强度（9.3 MPa）提高6.9%；物理激发组分别提高9.1%和5.7%。高掺量（20%）时化学激发优势更明显。
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水泥稳定碎石试验
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击实试验：物理激发提高最大干密度（2.436 g/cm³），化学激发因凝胶生成略降密度（2.402 g/cm³）；
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无侧限抗压强度：化学激发7天强度达5.31 MPa（满足高速公路基层≥5 MPa要求），90天提升7.6%；
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劈裂强度：化学激发90天强度1.05 MPa，增幅9.4%，界面过渡区强化显著。
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主要结果与逻辑关联
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流动性下降与凝结延迟：废陶瓷粉多孔结构吸水导致，但激发处理（尤其化学）通过活性释放改善工作性；
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强度提升机制：物理激发依赖微填充效应，化学激发生成次生C-S-H凝胶，后者贡献更大（抗压强度差值达3.2 MPa）；
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基层适用性验证：7天无侧限抗压强度均超规范值，化学激发组长期性能更优，证实工程可行性。
结论与价值
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科学价值：揭示了废陶瓷粉物理/化学激发的活性提升机制，化学激发以碱解聚-凝胶重组为核心，物理激发依赖颗粒细化；
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应用价值：废陶瓷粉掺量15%时，化学激发可替代20%水泥，降低CO₂排放及成本，为陶瓷固废在道路工程中规模化应用提供依据；
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环境效益：推动“以废治废”模式，契合生态文明建设需求。
研究亮点
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方法创新：首次系统对比物理与化学激发对废陶瓷粉活性的差异，提出掺量-激发方式适配原则（低掺量选物理，高掺量选化学）；
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工程突破：填补陶瓷固废在路面基层应用的空白，试验数据直接支持规范修订；
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多尺度分析：从微观水化机理（XRD验证凝胶生成）到宏观力学性能，建立完整证据链。
展望与局限
当前研究限于单一来源废陶瓷粉与标准养护条件，未来需拓展至多源固废、复合激发剂及冻融/疲劳等耐久性测试，并通过试验段验证长期性能。