水泥生产是全球碳排放的重要来源之一，贡献了全球二氧化碳排放总量的5%至7%。在"双碳"目标压力下，低碳绿色建材的需求日益迫切。粉煤灰作为燃煤电厂的工业固废副产品，长期被视为替代水泥的理想材料，但其在大掺量条件下对混凝土从新拌状态到硬化全周期的综合影响，学界此前研究尚不充分。
针对这一空白，东莞理工学院与英国贝尔法斯特女王大学（Queen's University Belfast）组成国际联合研究团队，系统考察了大掺量粉煤灰对混凝土早龄期行为、水化进程、力学性能及微观结构的影响规律，相关成果发表于学术期刊《生命线应急与安全》（Lifeline Emergency and Safety，2026年第1卷，文章编号9660002）。
四种掺量梯度揭示粉煤灰的双重效应
研究团队配制了粉煤灰分别替代水泥用量0%、20%、40%和60%的四组混凝土配合比，全面测试各组的流动性、凝结时间、抗压强度、弹性模量，并借助扫描电子显微镜（SEM）与能谱分析（EDS）对微观结构进行表征。
测试结果呈现出明显的规律性：粉煤灰能够改善新拌混凝土的工作性能，但同时会延长凝结时间。值得关注的是，20%掺量组在液固相转变阶段的过渡时间反而有所缩短——这一反常现象揭示了粉煤灰在特定掺量下的独特水化激发机制。在强度发展方面，大掺量粉煤灰会显著削弱混凝土的早期强度，但掺量在10%至40%区间内的混凝土，在长达100天的养护周期内均可达到优异的强度与刚度水平。
微观结构分析进一步印证了上述宏观规律：适量粉煤灰能促进生成致密、结合良好的水化产物，形成均匀的界面过渡区；而粉煤灰掺量过高时，则会在基体中残留大量未反应的球形颗粒，成为削弱基体强度的薄弱环节。
40%替代率是兼顾性能与降碳的最优解
研究通讯作者、东莞理工学院教授郑宇（Yu Zheng）指出："我们的研究将宏观工程性能与微观结构机制相互印证，证明粉煤灰可以在不损害结构质量的前提下有效实现混凝土的绿色化。40%的替代率是最优方案——既降低了水泥消耗量，实现了工业固废的资源化利用，又能控制生产成本，同时保持优异的长期抗压强度和弹性模量。"
该研究的其他参与者包括东莞理工学院的周凌竹（Lingzhu Zhou）、华凯辉（Kaihui Hua）、谢再涛（Zaitao Xie），以及贝尔法斯特女王大学的苏珊·泰勒（Taylor Susan）。
在应用价值层面，该研究为绿色基础设施建设提供了经过验证的实用配合比参考。研究团队表示，后续工作将聚焦于养护制度的优化，以及粉煤灰与其他辅助胶凝材料的复合使用，以进一步提升混凝土的早龄期性能，弥补大掺量粉煤灰在早强方面的不足。
对于国内建材与建筑行业而言，这一研究结论具有直接的落地价值。中国是全球最大的水泥生产国，也是粉煤灰排放大国，年粉煤灰产生量超过6亿吨，综合利用率虽逐年提升，但高附加值利用途径仍有待拓展。40%掺量粉煤灰混凝土的性能验证，意味着企业在保证结构安全的前提下，可大幅压缩熟料用量，同步降低碳排放与原料成本，在基础设施建设、装配式构件等场景中均具备规模化推广的技术基础。