摘要：该研究针对水泥行业碳排放问题，开发了一种新型低碳胶凝材料 —— 碳化硬化的硫硅酸钙 - 贝利特（ternesite-belite）胶凝材料。研究通过合成高纯度的三次钙矾石和贝利特矿物，按不同比例混合后进行加速碳化，发现二者碳化产物在成分和形态上差异显著：三次钙
该研究针对水泥行业碳排放问题，开发了一种新型低碳胶凝材料 —— 碳化硬化的硫硅酸钙 - 贝利特（ternesite-belite）胶凝材料。研究通过合成高纯度的三次钙矾石和贝利特矿物，按不同比例混合后进行加速碳化，发现二者碳化产物在成分和形态上差异显著：三次钙矾石易形成文石和无定形碳酸钙（ACC），并伴随石膏生成，碳化度最高达35.65% 但抗压强度最低（38.7 MPa）；贝利特主要生成结晶良好的大尺寸方解石，抗压强度最高（95.2 MPa）且 CO₂封存能力最强（184.44 g/kg），但碳化度较低（30.44%）。微观结构分析表明，贝利特碳化形成致密方解石层，强度源于方解石颗粒的堆积效应和机械咬合，而三次钙矾石结构松散利于持续碳化。研究还确定20 wt% 三次钙矾石 + 80 wt% 贝利特为最优比例，可提升整体 CO₂封存能力（虽强度下降），为高性能、高固碳、低碳胶凝材料开发提供理论支撑。
贝利特碳化：形成致密方解石层，方解石颗粒呈规则菱形块状，通过机械咬合和紧密堆积提升强度，低孔隙率（19.25%）限制后续碳化，但宏观力学性能优异。三次钙矾石碳化：结构松散，生成的文石呈针状 / 棒状，堆积后留下大量孔隙（孔隙率 21.53%），且石膏消耗孔隙水、降低体系 pH（碳化前后 ΔpH=1.31，高于贝利特的 0.84），虽碳化度高，但强度低；SO₄²⁻与 Ca²⁺结合生成石膏，影响碳酸钙结晶形态是二者差异的核心原因。
答案：
核心差异：碳化度：三次钙矾石更高（35.65%），贝利特更低（30.44%）；抗压强度：贝利特更高（95.2 MPa），三次钙矾石更低（38.7 MPa）；CO₂封存能力：贝利特更强（184.44 g/kg），三次钙矾石较弱（150.37 g/kg）。根本原因：三次钙矾石晶体结构中含 SO₄²⁻，碳化过程中 SO₄²⁻与 Ca²⁺结合生成石膏，一方面消耗孔隙水、降低体系 pH，限制 CO₂溶解与离子迁移，导致碳酸钙结晶度低（以文石和 ACC 为主），结构松散；另一方面，石膏作为 Ca²⁺迁移介质，利于持续碳化，故碳化度高但强度低。而贝利特无 SO₄²⁻干扰，主要生成结晶良好的大尺寸方解石，形成致密方解石层，通过颗粒堆积效应和机械咬合提升强度与 CO₂封存能力，但致密结构阻碍后续碳化，故碳化度低。答案：
最优比例：20 wt% 三次钙矾石 + 80 wt% 贝利特（对应样品 TB80）。性能表现：相比纯贝利特（TB100），TB80 的 CO₂封存能力显著提升；虽抗压强度低于 TB100，但仍能满足一定应用场景的力学需求；相比纯三次钙矾石（TB0），TB80 强度大幅提高，同时保留了部分碳化优势。应用价值：平衡性能：解决了 “高碳化度与高强度不可兼得” 的矛盾，在提升 CO₂封存能力的同时，避免强度过度下降，符合低碳胶凝材料 “固碳与力学性能兼顾” 的核心需求；可持续性：该比例下的 TB 熟料仍可利用磷石膏等工业固废，且煅烧温度低（1100-1200℃），CO₂排放远低于波特兰水泥，具备规模化生产与低碳应用的双重潜力。问题 3：从可持续性角度看，ternesite-belite（TB）胶凝材料相比传统波特兰水泥（PC）有哪些显著优势？这些优势对水泥行业低碳转型有何意义？答案：
可持续性优势：更低的 CO₂排放：TB 熟料总 CO₂排放最低仅 571 g/kg（纯 ternesite，TB0），最高 715 g/kg（纯 belite，TB100），均远低于 PC 熟料的 797 g/kg；且 TB 材料碳化过程可主动封存 CO₂，进一步抵消碳排放。更低的能耗：TB 熟料煅烧温度为 1100-1200℃，比 PC 熟料（1350-1450℃）低至少 200℃，大幅降低燃料消耗；同时 TB 熟料无液相形成，易粉磨，相同细度下粉磨能耗更低。资源循环利用：TB 熟料制备可利用磷石膏等工业固废（提供 Ca 和 S 元素），减少固废堆存污染，实现 “固废 - 资源” 转化。对行业转型的意义：水泥行业低碳转型的核心瓶颈是高能耗与高碳排放，TB 胶凝材料通过 “低煅烧温度降能耗、固废利用降成本、碳化固碳降排放” 的三重优势，为行业提供了一种 “源头减排 + 过程固碳” 的新型技术路径，突破了现有低钙熟料矿物的应用局限，可推动水泥行业从 “被动减排” 向 “主动固碳” 升级，助力实现 “双碳” 目标来源：固废利用与低碳建材
