百十华章，薪火相传；矢志创新，逐梦前行。值此河海大学建校110周年之际，365英国上市官方网站特别推出“百十科创”系列专栏，聚焦学院本科生、研究生科创团队，以“科创案例分享+科研思维解码+学术品格养成”三位一体模式，搭建深度交流平台，让科创传承从“单向灌输”变为“双向奔赴”，真正激活学院内部的学生创新，持续培育具有家国情怀与国际视野的创新型人才梯队。
本期让我们走进《植生混凝土的固碳减碳设计及性能研究》项目，见证材料学子如何以科技为刃、以匠心为魂，在百十河海的沃土上续写创新传奇，为“材料报国”注入青春力量！
项目名称
植生混凝土的固碳减碳设计及性能研究
项目类别
2024年河海大学大学生
创新创业训练计划（国家级）
项目团队介绍
项目负责人：姜子慧，22级材料科学与工程专业土木工程材料方向本科生；
团队成员：李达，22级材料科学与工程专业土木工程材料方向本科生；王宇轩，22级材料科学与工程专业土木工程材料方向本科生；刘飞越，22级材料科学与工程专业土木工程材料方向本科生。
指导老师：徐金霞，博士，教授，博导。主要研究方向：混凝土结构耐久性、智能水泥基材料、混凝土CO2矿化封存技术与应用、固体废物资源化利用。主持承担了国家自然科学基金面上项目3项，江苏省重点研发计划“再生细骨料改性的智能高性能混凝土关键技术应用研究”等20多项课题。以主要技术骨干参与了国家科技支撑计划项目“南水北调工程运行期混凝土病害防治技术示范应用”、江苏省“六大人才高峰”项目（2009年A类）”等课题。已申请国家发明专利32项，其中23项发明专利已获授权。在国内外公开发表论文100多篇，其中80多篇被SCI检索。
选题探索
植生混凝土作为护坡材料在水利工程护坡工程具有很高的工程应用价值。本项目坚持服务“双碳”目标国家战略导向，面向植生混凝土在我省水利护坡工程应用与低碳发展的实际需求，针对通用硅酸盐水泥高碱性制约植生生长的技术瓶颈，考虑高孔隙率、良好透气性的植生混凝土适宜CO2养护情况，创新提出应用CO2养护技术，既实现矿化固碳，又控碱实现植物生长，且大量掺用工业固废与建筑固废，降低CO2排放。拟开展植生混凝土配合比设计及CO2养护制度研究，建立植生混凝土的优化配合比设计及养护制度，探明CO2养护机制；研究基于生命周期评价的植生混凝土固碳减碳优化设计方法，探明确定适宜CO2养护的固废类型及掺量，提出植生混凝土固碳减碳优化设计方法；研究植生混凝土在护坡工程中的植生性能与耐久性，探明CO2养护植生混凝土的优化植物种植工艺及耐久性，为超“低碳”护坡植生混凝土的研发及在我省水利工程中的应用提供技术依据。
图 1植生混凝土示意图(a)
及传统混凝土硬化护坡(b)
与植生混凝土护坡(c)效果对比图
实践经历
本项目依托于徐金霞老师课题组，基于植生混凝土适宜碳化养护的现实情况，利用碳化养护对植生混凝土进行固碳处理与碱性控制，且进一步通过掺加固废部分替代水泥对植生混凝土实施降碳，系统研究了预养护时间、养护压力和碳化时间等关键参数对植生混凝土pH值、抗压强度、固碳量及孔隙率的影响，建立优化的碳化养护制度；揭示了碳化养护的微观机理；此基础上，进一步探讨了碳化养护对植生钢渣、再生粉混凝土的性能影响，通过微观表征揭示影响机制，并基于全生命周期评估（LCA）量化了其碳排放量；最后，通过抗溶蚀测试、降碱试验以及植生试验，评估了其工作与植生性能。
图 2 二氧化碳养护装置示意图
（1）预养护时间、碳化养护时间和养护压力对植生混凝土的CO2封存量、碱度和早期抗压强度具有显著影响。碳化养护可显著提高早期强度，但过度碳化会导致强度降低。碳化养护能降低早期碱度，但随着养护龄期延长，其影响逐渐减弱。随着快速碳化的进行，植生混凝土强度先下降后提升，pH值逐渐下降。碳化养护后，试样孔隙结构减少，微观结构更加致密，Ca(OH)2含量减少，CaCO3含量增加且结晶度更好。
（2）植生钢渣混凝土的CO2封存量随掺量增加先上升后下降，而植生再生粉混凝土的CO2封存量受掺量影响较小。固废掺入降低植生混凝土强度，但碳化养护后强度显著提升，且固废掺量对试块抗压强度的影响显著减小，其中10%掺量试块的强度提升最明显。固废掺入有效降低植生混凝土碱度，pH值随掺量增加逐渐降低。
（3）碳化养护提高植生混凝土的抗溶蚀性能，但随碳化时间延长，效果逐渐减弱。掺加固废的试块抗溶蚀性能略有下降，碳化养护4h试块的质量损失仅为标养试块的50%。
（4）降碱溶液（草酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵和碳酸氢铵）浸泡后，孔隙溶液pH值显著下降，但随浸泡时间延长，pH值出现反弹并趋于稳定。降碱处理后，试块抗压强度有所下降。植生混凝土碱性物质析出导致土壤浸出液pH值上升，28d后趋于稳定。草酸处理试块的降碱效果最佳，K2H2PO4处理试块中黑麦草发芽率最高，而NH4HCO3处理试块发芽率较低。
（5）生产1m3植生混凝土的碳排放量为320.16kg/m³,而碳化养护的固碳量约为40.0kg/m3，可减少总碳排放量约12.5%。掺入固废后，植生钢渣粉和再生粉混凝土的碳排放量分别减少22.86%和25.35%，表现出更高的环境效益。
成果展示
经过一年的研究探索，该项目在徐金霞老师、蒋臣君学长的指导下已完成，于SCI期刊《Journal of Materials Engineering and Performance》发表论文《CO2 sequestration in pervious concrete and its impact on concrete strength and alkalinity》一篇，于SCI期刊《Materials and Structures》发表论文《Development of highly conductive and self-sensing cement concrete using PVA/nano CB-impregnated recycled coarse aggregate》一篇。
审稿人：辛绍权