纳米硅改性磷石膏基复合材料混凝土的性能优化与环境效益
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TU528.041

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湖北省科技计划重点研发项目(2025BCB081),固体废物处理与资源化教育部重点实验室开放课题(23kfgk05)


Performance Optimization and Environmental Benefits of Nanosilica-modified Phosphogypsum-based Composite Concrete
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    摘要:

    磷石膏作为一种工业副产品,其资源化利用已成为减少环境污染、提高资源利用效率的重要途径。 然而,磷石膏基 材料的力学性能和耐久性较为有 限,因 此 需 要 通 过 改 性 以 提 高 其 综 合 性 能。 为 改 善 磷 石 膏 基 复 合 材 料 混 凝 土 (phosphogyp- sum-based composite concrete,PGC)综合性 能,采 用 纳 米 硅 (nanosilica,NS)制 备 纳 米 硅 改 性 磷 石 膏 基 复 合 材 料 混 凝 土 (PGC- NS)。 结果表明:1. 5% NS 掺量的 PGC-NS(PGC-1. 5NS)抗压强度、耐水性表现优异,其中 28 d 龄期抗压强度达到 63. 8 MPa,软 化系数提高到 0. 98。 通过傅里叶红外光谱和热重表征,发现 NS 的掺入可促进 PGC-NS 水化反应,生成更多 C-S-H 凝胶。 可持 续发展分析结果显示 PGC-1. 5NS 的能耗、碳排放分别为 C50 混凝土的 34% 、28% ,表现出环保低碳优势。 研究成果可为磷石 膏基复合材料混凝土改性提供新思路,对促进混凝土的绿色发展具有指导作用。

    Abstract:

    As an industrial by-product, phosphogypsum has become a promising candidate for reducing environmental pollution and improving resource utilization efficiency. However, the mechanical properties and durability of phosphogypsum-based materials are limited, necessitating modification to enhance their overall performance. To improve the performance of phosphogypsum-based composite concrete ( PGC) , nanosilica ( NS) was incorporated into the mixture to produce NS-modified PGC ( PGC-NS) . The results indicate that PGC-NS with 1. 5% NS content ( PGC-1. 5NS) exhibits excellent performance, achieving a 28-day compressive strength of 63. 8 MPa and a softening coefficient of 0. 98. Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis reveal that the incorporation of NS promotes the hydration reaction of PGC-NS, leading to the formation of more C-S-H gel. Sustainability analysis shows that the energy consumption and carbon emissions of PGC-1. 5NS are only 34% and 28% of those of C50 concrete, respectively, highlighting its significant environmental and low-carbon benefits. The research findings provide new insights for the modification of phosphogypsum-based composite concrete and offer guidance for promoting the green development of concrete.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王鑫,秦先涛,张俊坤,等. 纳米硅改性磷石膏基复合材料混凝土的性能优化与环境效益[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(20): 8483-8492.
Wang Xin, Qin Xiantao, Zhang Junkun, et al. Performance Optimization and Environmental Benefits of Nanosilica-modified Phosphogypsum-based Composite Concrete[J]. Science Technology and Engineering,2026,26(20):8483-8492.

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  • 收稿日期:2025-10-14
  • 最后修改日期:2026-07-08
  • 录用日期:2025-12-16
  • 在线发布日期: 2026-07-27
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