摘要
为总结生物质灰用作混凝土掺合料的研究进展，该文从生物质灰的理化特性、作用机理、生产工艺的影响因素及掺入混凝土后对混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响进行研究。结果表明：与传统矿物掺合料相比，生物质灰密度小且比表面积大，大部分生物质灰中的 SAF（SiO2+Al2O3+Fe2O3 ）活性成分总量均超过 F 类火山灰的标准要求（即≥ 70%）。将生物质灰掺入混凝土后，能有效提高混凝土的力学和耐久性能，但可能会对混凝土的流动性和抗碳化性能产生负面影响。另外，生物质灰的性能受燃烧和研磨等生产工艺的影响较大，为实现生物质灰在大规模工程中的广泛应用，未来还需要对生物质灰的生产工艺进行优化。
Abstract
In order to provide a comprehensive overview of research progress in the use of biomass ash as concrete admixture， the physical and chemical properties， mechanism of action， factors affecting the production process of biomass ash， and the effects of biomass ash incorporation on the working properties， mechanical properties， and durability of concrete were studied. The results show that biomass ash has a smaller density and a larger specific surface area than traditional mineral admixture， and the total amount of active components， namely SiO2 + Al2O3 + Fe2O3（SAF） in most biomass ashes exceeds the requirements of class F volcanic ash （≥70%）. Incorporating biomass ash can effectively improve the mechanical properties and durability of concrete， but it may have a negative impact on the flowability and anti-carbonization performance of concrete. Moreover， the performance of biomass ash is greatly influenced by production processes such as combustion and grinding. To make biomass ash widely used in large-scale engineering in the future， it is necessary to optimize the production process of biomass ash.
Keywords
0 前言
随着“碳达峰，碳中和”战略目标的提出，国家倡导提高资源利用效率，大力发展新型建材。科学使用掺合料不仅可以减少水泥等高耗能材料用量，从而降低成本和减少碳排放，还可以消纳工业固废资源，实现资源的合理应用[1]。据统计，在 2020 年，全球水泥行业的碳排放约 27 亿 t，占全球碳排放量的 8.3%[2]，每生产 1 t 的水泥熟料会产生约 860 kg 的 CO2气体[3]，这意味着 1 t 水泥中每被取代 1% 将会减少 8.60 kg 的 CO2 排放量。使用掺合料替代部分水泥，可以提高胶凝材料的水化程度和颗粒堆积密实度，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能[4-5]。而粉煤灰、高炉矿渣粉及硅灰等传统的矿物掺合料主要来源于工业废弃物，由于近些年基础设施建设的飞速发展，混凝土用矿物掺合料供需矛盾凸显，因此亟须发展新型的掺合料以解决矿物掺合料供不应求的问题。
生物质灰是农林废弃物经燃烧和研磨后所形成的颗粒粉末，其化学成分与传统掺合料相似，具有较高火山灰活性。与传统掺合料相比，生物质灰具有低能耗、来源广泛、成本低廉和再利用价值大等优势。因此，作为掺合料的潜力正在被迅速发掘与应用。常见的生物质灰有稻壳灰（RHA）[6-8]、甘蔗渣灰 （SCBA）[9-12]、各类农作物的秸秆灰[13-18]以及树皮灰[19-20] 等。根据《第二次全国污染源普查公报》公布的数据及广西日报媒体报道，2017 年中国秸秆产生量为 8.05 亿 t，秸秆可收集资源量为 6.74 亿 t。2020 年广西壮族自治区秸秆年总产生量 3 100 万 t 左右，可收集量约 2 300 万 t，桉树皮和蔗渣等农林废弃物每年总量高达 1.20 亿 t。自 1998 年丹麦建成第一座秸秆发电厂后，利用生物质资源燃烧发电成为生物质资源化利用的主要途径[21]，然而这些生物质废弃物经燃烧后产生的锅炉飞灰和炉底灰渣并未得到合理利用和处理。若能有效利用这些农林废弃物、锅炉飞灰以及炉底灰渣为原料制备生物质灰，并将其作为混凝土的掺合料，不仅可以减少生产成本和碳排放，还可以发挥出广西壮族自治区农作废弃物富余的优势，提高农民经济收入。
目前，生物质灰在建筑材料中的应用研究主要集中在水泥混凝土、黏土砖添加剂、陶瓷以及路基填充材料等方向[22]。虽然目前已有研究将生物质灰替代部分水泥来作为混凝土掺合料，但仍停留在研究和试验阶段，并未广泛应用于实际工程项目。本文总结生物质灰作为混凝土掺合料的相关研究，通过理化特性、作用机理以及性能测试等方面研究，分析生物质灰作为混凝土掺合料的可行性及应用潜力。
1 生物质灰的物理化学性质
1.1 物理性质
生物质灰混凝土的性能主要受到掺合料的比表面积和粒径分布的影响。粉体颗粒的比表面积会影响混凝土的用水量，掺入比表面积大的粉体会导致用水量增加，从而降低流动性[23-24]。而粉体颗粒的粒径分布主要影响混凝土的密实度，例如在粗骨料之间填充细骨料，细骨料之间填充胶凝材料，以及在大粒径胶凝材料之间填充小粒径胶凝材料，从而实现混凝土的紧密堆积[25-31]。而生物质灰的比表面积和粒径分布受燃烧和研磨影响较大[17，32-33]。表1展示了水泥、常见矿物掺合料以及部分生物质灰的相关物理参数。通过比较各粉体的物理参数可以发现，相较于水泥和部分传统矿物掺合料，生物质灰的密度更小，若作为混凝土掺合料，能够有效降低混凝土的自重。
表1 水泥、常见掺合料与部分生物质灰的物理性质
Table1 Physical properties of cement, common admixture, and partial biomass ash
生物质灰粒径分布 D50（即粒径小于该值的颗粒占总颗粒数的 50%）为 4~17 μm，比粉煤灰和水泥的粒径要小一些，但相较于硅灰的 D50范围，生物质灰要大 41~169 倍。已有研究表明：将稻壳灰的 D50磨至 4.13 μm 时，水泥胶砂的抗压强度和抗折强度随着稻壳灰取代硅灰比例的增加而增大，并且当取代比例达到 100% 时，28 d 的抗压强度和抗折强度分别较纯硅灰组的提高了 15.4% 和 16.0%[31]。
从表1可以看出：比表面积相差较大，这是由于测定比表面积的方法有所差异（数值较小的为勃氏法的测定结果，数值较大的为 BET 氮气吸附法的测定结果）。生物质灰一般具有多孔结构，若用 BET 法测定，其比表面积为 1 250~62 100 m2 /kg。其中，稻壳灰的比表面积最大，尽管其粒度没硅灰细，但由于其多孔结构，它具有比硅灰更大的比表面积。这意味着当稻壳灰掺入混凝土后，在成型过程中会比硅灰吸收更多的自由水，从而使得混凝土流动性下降。但有研究表明：随着时间的推移，多孔结构所吸收的水分能够逐渐释放，从而进一步促进水化反应，并发挥内养护的作用[31]。
根据美国材料与试验协会的标准 ASTM C168-19 规定，火山灰材料的颗粒保留在 45 μm 筛上的比例不应超过 34%，强度活性指数应不少于 75%。因此，需要对初始生物质灰进行研磨处理，改善其粒径分布和提高比表面积，扩大生物质灰与反应物的接触面，使二次水化反应得更充分，间接提高生物质灰在混凝土中的化学作用[23]。
1.2 化学性质
生物质灰的主要化学成分包括 SiO2、Al2O3、 Fe2O3和 CaO 等活性成分，K2O、Na2O 碱性成分以及有机物。
活性成分参与水化反应是生物质灰能作为掺合料使用的基础。其中，CaO 与水反应生成 Ca（OH）2，而 SiO2、Al2O3 和 Fe2O3 会与水泥水化过程中生成的 Ca（OH）2 发生二次水化反应生成 C-S-H 等产物[34-35]。美国材料与试验协会标准（ASTM C168-19） 对火山灰的活性氧化物成分做出了规定，对于 C 类火山灰，其活性氧化物百分比总和 w（SAF）（SAF 为 SiO2+Al2O3+Fe2O3）≥50%；对于 F 类火山灰，其 w（SAF）≥70%。表2展示了水泥、常见掺合料及部分生物质灰的化学成分。图1展示了各掺合料和生物质灰（包括稻壳灰 RHA、甘蔗渣灰 SCBA、水稻秸秆灰 RSA、小麦秸秆灰 WSA、高粱秸秆灰 SHSA、青稞秸秆灰 HBSA 以及竹叶灰 BLA）的烧失量、碱含量、氧化钙以及 SAF 的含量统计数据。从表2和图1可以看出：稻壳灰（RHA）在化学成分上与硅灰（SF） 相近，按照《矿物掺合料应用技术规范》（GB/T51003—2014）规定，SF 的 w（SiO2）≥85%，RHA 完全满足硅灰的活性要求。同时，甘蔗渣灰（SCBA）的 w（SAF）>70%，与《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596—2017）中规定的 C 类粉煤灰中的 w（SAF）≥50% 和 F 类粉煤灰的 w（SAF）≥70% 相比，甘蔗渣灰的活性满足 F 类粉煤灰的活性要求。此外，除了 RHA 和 SCBA 之外，其他生物质灰的 SAF 总量均能达到 C 类火山灰的活性要求，甚至大部分的生物质灰也能满足 F 类火山灰的活性要求。
表2 水泥、常见掺合料以及部分生物质灰的主要化学成分
Table2 Main chemical components of cement, common admixture, and partial biomass ash
图2展示了各掺合料及生物质灰的 SAF 的相对含量。从图2可以得知：矿物掺合料和大部分生物质灰的活性相同之处在于主要活性成分都是以 SiO2为主。但不同的是，生物质灰的 Al2O3、Fe2O3和 CaO 的含量低于常规的矿物掺合料。这意味着生物质灰的火山灰活性大多是由活性 SiO2来发挥，且在二次水化时主要生成 C-S-H 凝胶，而除硅灰外的传统矿物掺合料在二次水化过程中生成 C-S-H 和含较多的铝、铁元素的二次水化产物[23，40]。
除了活性成分外，从图1中也可以看出生物质灰的化学成分不稳定，碱含量和烧失量较高。生物质灰的碱含量为2.76%~11.30%，烧失量为3.81%~14.60%。现行标准对水泥和常见矿物掺合料的碱含量与烧失量作出了规定。在《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）中水泥的碱含量 Na2O+0.658K2O 应不大于 0.6%，烧失量不应大于 5% 以及在《矿物掺合料应用技术规范》（GB/T51003—2014）中对矿物掺合料的最大碱含量规定为≤1%，烧失量≤8%。显然，所有生物质灰的碱含量远超标准要求，大部分生物质灰的烧失量也超标准要求。生物质灰的碱含量过高，会加快水化速度，提前凝结硬化，混凝土中碱‒骨料反应加重，导致混凝土膨胀并开裂[41]。而烧失量则可以间接反映材料的碳含量，高烧失量可能是生物质灰燃烧不完全、煅烧温度低或煅烧时间长的结果。未燃烧的碳会吸附混凝土中的外加剂，导致混凝土坍落度损失快，同时也会阻碍火山灰反应的进行[16，42]。
图1 水泥、传统掺合料及部分生物质灰的关键参数含量统计图
Figure1 Statistics of key parameters of cement, traditional admixture, and partial biomass ash
图2 水泥、传统掺合料及部分生物质灰的 SiO2、 Al2O3和 Fe2O3的相对含量
Figure2 Relative contents of SiO2, Al2O3, and Fe2O3 in cement, traditional admixture, and partial biomass ash
针对生物质灰碱含量及烧失量较高的缺点，有研究表明通过先低温后高温的两段燃烧法来降低钾和碳元素的含量[17，43-44]，也有通过浸泡低浓度盐酸来减少碱金属元素含量[44-45]。综上所述，通过分析生物质灰的化学成分，发现其具有较高的火山灰活性，但碱含量和烧失量较高，需要通过预处理和生产工艺的优化来降低其碱含量和烧失量，以提高其在混凝土中的应用性能。
2 生物质灰的作用机理及影响因素
2.1 微集料填充效应
生物质灰与大多数掺合料一样，具有微集料填充效应。经研磨加工后的生物质灰，粒径更小，比表面积更大。更小的粒径意味着其能改善粉体颗粒级配，在粉体之间形成更好的微级配，如图3所示，从而弥补混凝土凝固成型后孔结构缺陷给强度带来的负面影响[46-47]。
图3 微集料填充效应图示
Figure3 Illustration of microaggregate filling effect
微集料填充效应不仅可以改善粉体颗粒级配，还能填充孔隙。这是因为生物质灰具有较大的表面积，可以为水泥水化物的沉淀提供更多的成核位点，生成更多的水化产物（如 CH、C-S-H 和 C-A-H 等）[48-49]，从而提高基体的密实度，减少孔隙率。这种改善在宏观层面上体现为混凝土力学性能和耐久性能的提高。
2.2 火山灰效应
火山灰效应是生物质灰作为混凝土掺合料的活性保障，由表2可知：生物质灰有着丰富的 SiO2 和 Al2O3等活性组分，其与水化产物 Ca（OH）2发生二次反应，生成 C-S-H 和 C-A-H 等凝胶，或者将钙硅比较高的 C-S-H 转化为钙硅比低的 C-S-H[50]。这些凝胶会填补部分孔隙，提高密实度，增强各组分的黏结程度，从而改善 ITZ 界面，提高混凝土的强度和耐久性能。
生物质灰替代常规的活性掺合料是具有发展潜力的，但判断可行性不能仅凭活性成分的相似性，还应结合实际的性能测试进行综合评估[51-52]。图4展示了不同掺量（掺量指占总胶凝材料的百分比）下 （0、10% 和 20%）RHA 混凝土的 SEM（扫描电子显微镜）图。从图4中可以看出：随着掺量的增加，颗粒团聚的状态变强，孔隙和孔洞更少，形成更致密的微观结构。这是因为 RHA 中高 SiO2 含量形成的硅氧桥链将颗粒牢固地连接在一起，减少了 C-S-H 等凝胶的空隙[53]。在 RHA 的微集料填充效应和火山灰效应的共同作用下，形成了致密微观结构。
图4 不同掺量的 RHA 在 10 μm 下的 SEM 图[53]
Figure4 SEM images of RHA with different doping amounts at 10 μm[53]
掺入生物质灰后，混凝土的密实度和孔隙结构得到改善，不仅可以通过 SEM 直接观察得到，还可以使用压汞法、气体吸附法以及核磁共振法等多种技术手段进行表征。Cao 等[17] 利用核磁共振波谱（NMR） 分析得到掺入 15%HBSA 的混凝土，其孔隙率较纯水泥组的更低，平均孔直径更小，随后利用氮气吸附法（BET）进一步研究孔结构，氮气吸附量、比表面积大小及孔径分布的结果再次表明，掺入 15%HBSA 的混凝土具有更少的孔数量和孔结构。掺入生物质灰之所以能改善混凝土孔隙结构和有害孔数量，是由于生成的 C-S-H 等凝胶变多，细化了孔隙，使得混凝土毛细管孔隙率降低。而 C-S-H 凝胶之所以能细化孔隙，是因为 C-S-H 凝胶不是直接在水泥熟料中析出，而是在熟料颗粒和硅相颗粒之间的空间中析出[20]。
综上可知，由于生物质灰的高火山灰活性，能有效促进水化反应，生成更多水化产物来填充孔隙，使得混凝土有害孔数量减少，内部孔隙结构得到改善，从而提高了混凝土的密实度。
2.3 生产工艺的影响因素
生物质灰理化性质不稳定，受燃烧和研磨的影响较大。已有研究表明：当燃烧温度超过 800℃时， SiO2 的晶型会由非晶型转变为方石英；当燃烧温度 1 000℃以上时，开始转变为磷石英[54]。在燕麦壳灰[55]、稻壳灰[56] 以及甘蔗渣灰[57] 的 XRD 等表征结果中发现，当燃烧温度大于 700℃时 SiO2晶型开始发生改变，而 SiO2晶型的转变会导致其火山灰活性下降。研究表明：甘蔗渣灰在 600℃下燃烧时间由 1 h 延长至 3 h 时，SiO2 含量增加了 10%，且当燃烧温度为 600~700℃时，灰分颜色随燃烧温度的升高以及燃烧时间的延长变得更白[45] （表3）。这意味着温度的升高及燃烧时间的延长对灰分中有机物的去除效果是显著的，有助于降低灰分的烧失量[17，33，55]。除此之外，燃烧时间的延长也有利于提高生物质灰的比表面积，但是效果不明显，一般燃烧时间在 3 h 以内[56]。此外，还有研究发现，用盐酸溶液预处理甘蔗渣灰后，在燃烧温度 800℃下燃烧 1 h 后没有检测到 SiO2 晶型的转变，说明经盐酸预处理后的甘蔗渣灰，能提高活性成分 SiO2晶型转变的初始温度[58]。此外，也有研究表明经酸处理后的生物质灰能有效降低碱金属含量和烧失量[59]。
早在 1998 年，就有学者发现研磨不仅能改变粉体的粒度、比表面积以及微观形貌等物理性质，还能使晶体畸变，键耦合解离，导致表面悬空化学键，表面结构无定形化[60]，从而使得粉体的反应接触面积增大以及含硅铝元素的有效成分增多，反应活性升高，但也会导致粉体的热稳定性降低[61]。有研究发现，当甘蔗渣灰研磨至 D80（D80 物理意义是粒径小于该值的颗粒占 80%）值低于 60 μm 和 Blaine 细度高于 300 m2 /kg 时，可以被认为是火山灰材料[62]。 Bahurudeen 等[57] 探究了甘蔗渣灰 210~45 μm 的粒度与活性的关系，发现当研磨至 53~45 μm 时，均能满足强度活性指数≥75%。但是研磨时间不能太久，否则会导致比表面积过大，造成混凝土需水量过大且粉体易出现“球团”现象[63]。
表3 蔗渣灰在不同燃烧温度和燃烧时间下的颜色对比[45]
Table3 Color comparison of sugarcane bagasse ash at different combustion temperatures and combustion time[45]
总的来说，燃烧主要影响生物质灰成分的晶型结构、碱含量和碳含量等化学成分含量。研磨主要是通过改变生物质灰的晶型结构、比表面积和粒径来影响其在混凝土中的填充效应和火山灰效应。使用生物质灰作为掺合料时，不但需要探究最佳的预处理条件使其满足作为混凝土掺合料要求，还应满足其掺入混凝土后的实际性能需求。
3 生物质灰混凝土的性能
3.1 力学性能
生物质灰在混凝土中具有微集料填充效应和火山灰效应，使混凝土的密实度增加，水化程度更彻底。从宏观层面上看，提升了混凝土的力学性能。
从掺量上看，当稻壳灰掺量为 10% 时，混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度最大，同时抗折强度也随掺量的增加而提高；当其掺量为 20% 时，混凝土的抗折强度达到最大[53]。当蔗渣灰掺量为 10% 时，对混凝土抗压强度的发展没有显著影响。然而，当掺量为 20% 时，尽管降低了早期的抗压强度，但是在 90 d后抗压强度实现反超[64]。当烟草秸秆灰掺量 15% 时，抗压强度达到最大，较对照组 7 d 的抗压强度提高了 12.33%，28 d 提升了 20.56%[51]。当青稞秸秆灰掺量为 15% 时，抗压强度和劈裂抗拉强度较对照组提高 11.94% 和 18.52%[17]。在超高性能混凝土方面也有相应的研究指出，掺 20% 水稻秸秆灰和掺 20% 竹叶灰的混凝土抗压强度分别达到了 188.5 MPa 和 185.0 MPa，比对照组高出了 13.2% 和 11.1%[20]。
从理化特性上看，甘蔗渣灰的化学成分与粉煤灰相似，而且甘蔗渣灰和粉煤灰作为掺合料掺入混凝土时均会降低前期强度，提高后期强度[64-65]。而稻壳灰与硅灰的化学组成也相似，且比表面积均较大，掺入混凝土中均会提高混凝土的力学性能[31]。这间接说明了粉体材料的化学组成影响水化过程，即影响混凝土强度发展的过程。
从燃烧和研磨的影响上看，当甘蔗渣灰燃烧温度 700℃，研磨至与水泥细度一致时，甘蔗渣灰 7 d 和 28 d 强度活性指数达到 108% 和 106%[57]。稻壳灰在 600℃下燃烧，28 d 抗压强度和抗折强度随掺量呈先增大后减小的趋势，但掺量在 20% 以内都高于对照组，而在 700℃下燃烧时，28 d 抗压强度只在 5% 掺量内有所提高，而抗折强度表现为先减少后增大的趋势[56]。张华等[66]采用不同比例的薪材、稻壳和秸秆来烧制高硅型和低硅型生物质灰。其中，经研磨至通过 45 μm 负压筛的高硅型和低硅型生物质灰分别能等效替代微硅粉 SF85 和Ⅱ级粉煤灰在胶砂强度上的应用效果。
由以上的研究结果可知：经一定程度的燃烧和研磨后的生物质灰，在掺量不超过 20% 的情况下，均能有效保证并提高混凝土的力学性能。其中，生物质灰的掺量、理化特性以及燃烧与研磨的生产工艺均会对生物质灰混凝土的力学性能产生影响。
3.2 工作性能
在对生物质灰混凝土工作性能的研究上，主要集中在混凝土流动性方面。Hasan 等[53] 发现，随着稻壳灰掺量的增加，混凝土的坍落度与密度逐渐减少，但是在掺量不超过 10% 时，坍落度的下降幅度较小。同样，对水稻秸秆灰与棕榈竹叶灰的研究也表明，随着掺量的增加，坍落度会有所下降[20]。但也有文献表明，青稞秸秆灰经 600℃燃烧并研磨 2 h 后，当掺量不超过 30% 时，其坍落度随掺量的增加而增大[17]。在针对甘蔗渣灰的研究中，有学者发现，甘蔗渣灰的微观结构中存在少量类似粉煤灰颗粒的球形结构，且发现能改善混凝土工作性能的甘蔗渣灰通常具有低烧失量的特点[67]。
可以发现，生物质灰在混凝土中的工作性能表现不太一致，但是大部分生物质灰的流动性随着掺量的增加而减小，这主要是因为生物质灰的初始颗粒较大且粒径分布不均匀，经过研磨后，生物质灰的比表面积偏大，再加上其颗粒多孔，含碳量高，易吸附水分和外加剂，从而使得混凝土流动性变差[57]。但比表面积大，颗粒形态不规则，使得颗粒间的摩擦力变大，黏聚性和保水性提高[58]。
综上所述，生物质灰的掺入很可能会降低混凝土的流动性，增加其需水量，但同时也会改善其黏聚性和保水性。若能有效解决生物质灰烧失量高的问题，并结合合理使用减水剂，则在流动性上的不足可以得到有效改善。
3.3 耐久性能
在耐久性能方面，有研究表明：掺量在 50% 以内的水稻秸秆灰和竹叶灰均能提高混凝土的抗氯离子和抗渗水性能，并且这种效果随着掺量的增加而更加显著[20]。Aliu 等[68] 综述了在混凝土中掺入玉米秸秆灰能有效提高混凝土的抗化学侵蚀能力、抗冻性和抗渗性。有学者于 2008 年发现，当掺量在 6% 以内时，玉米芯灰、小麦秸秆灰以及梧叶灰的掺入，均能有效提高混凝土的耐磨性、抗硫酸盐侵蚀能力以及抗渗性[69]。还有研究表明：掺入 10% 青稞秸秆灰的氯氧镁水泥砂浆，有害孔比例降低了 25.11%，吸水率降低了 2.11%，耐水性提高了 6.80%[17]。
除各类秸秆灰及树叶灰外，蔗渣灰和稻壳灰的研究也相对较多。Zaheer 等[70]综述表明，掺入 20% 的甘蔗渣灰后，混凝土的电导率显著降低，氯离子扩散系数减小 50%，抗硫酸盐侵蚀能力和抗水渗透增强。在抗碳化性能上，由于 C-S-H 等凝胶的生成量变大，Ca（OH）2的量变少，导致 pH 值下降，从而引起碳酸化加剧。还有学者发现，掺入甘蔗渣灰还能提高混凝土耐酸性[71]，降低渗水性，改善抗单向吸水性能[72]。2007 年，有学者发现掺入稻壳灰能有效减少界面过渡区的孔隙率[73]。Zhang 等[8]发现在自密实混凝土中掺入 15%~20% 的稻壳灰能降低混凝土的吸水率，提高耐酸性、抗氯离子渗透能力和电阻率。电阻率的增大也间接说明了孔隙率的减少以及基体密实度的提高。在抗碳化性能方面，有研究发现虽然稻壳灰的掺入，会加剧混凝土的碳化程度，但是随着混凝土固化时间的增加，碳化深度也随之降低[74]。这与蔗渣灰在抗碳化性能方面的研究结论一致，即生物质灰的掺入，使得更多的 Ca（OH）2转化为 C-S-H 等凝胶，导致前期碳化程度加剧，但随着混凝土固化时间的推移，生物质灰混凝土的水化程度更大，混凝土密实度得到进一步提升，对碳化的负面影响也随之降低[70，74]。
总而言之，掺入生物质灰后，改善了混凝土的内部孔隙结构和孔隙密度，减少了有害孔，增加了基体密实度及水化程度，从而增强了抵抗外力破坏与侵蚀的能力，提高了混凝土大部分的耐久性能。虽然生物质灰的掺入会加剧混凝土碳化，但对抗碳化的负面影响会随着混凝土的固化龄期的增加而减弱。
4 结论
本文从生物质灰的理化特性、作用机理、影响因素以及掺入混凝土后的实际性能表现出发，综合评估了生物质灰作为混凝土掺合料的可行性，得出以下结论：
（1）生物质灰具有密度较低、比表面大以及火山灰活性高等优势，但是生物质灰作为混凝土掺合料时，还需解决高碱含量、高烧失量以及理化特性不稳定的问题。后续研究应聚焦于燃烧和研磨等生产工艺上的优化，以制备出理化特性稳定的生物质灰。
（2）在工作性能方面，由于生物质灰的形状不规则和比表面积大，掺入后会增大混凝土的需水量，导致颗粒间摩擦增大，流动度下降，但混凝土的黏聚性和保水性会有所提高。为解决生物质灰混凝土流动性差的问题，后续可以通过改善燃烧及研磨的工艺、使用高性能减水剂以及复掺粉煤灰或石灰石粉等掺合料几个方面进行优化。
（3）在力学性能方面，生物质灰的掺量、燃烧温度和研磨细度对其影响较大，建议使用燃烧温度为 600~700℃且细度达到水泥细度以下的生物质灰，并将掺量控制在 20% 以内，以保证甚至提高混凝土的力学性能。在今后的研究中，可探索不同生物质灰的理化特性与力学性能之间的关系，这对未来的推广应用与标准化具有重要意义。
（4）在耐久性能方面，生物质灰的掺入能够提高混凝土的抗氯离子渗透、耐酸性、抗硫酸盐侵蚀、抗冻性以及抗渗性等性能，但会加剧混凝土的前期碳化。因此，在评估生物质灰混凝土的耐久性能时，需要重点关注生物质灰混凝土的碳化程度是否满足使用需求。目前，关于生物质灰混凝土耐久性能的研究比较碎片化，未来需要对生物质灰混凝土的耐久性能进行更全面且深入的研究。
