球磨处理Lawrencepur砂对水泥砂浆性能的优化机制及微结构调控研究

针对天然砂资源枯竭和工业废料堆积问题，研究人员通过球磨技术（BM）处理Lawrencepur砂，系统评估不同粒径级配对水泥砂浆物理力学性能的影响。结果表明：适度研磨（MS-200）使砂浆密度提升11.5%、抗压强度提高71.4%，吸水率降低34%，SEM/XRD证实其微结构致密化。该研究为可持续建材开发提供新思路，符合SDG9/11/12目标。

　　

随着全球城市化进程加速，天然砂资源正以惊人速度消耗——年消耗量达500亿吨，是自然补给速度的两倍。若按当前开采趋势，2050年全球砂储备或将枯竭。巴基斯坦拉合尔地区使用的Ravi和Chenab河砂因细度模数（FM）不符合ASTM C33标准，导致混凝土性能不佳。更严峻的是，过度采砂已引发河流生态破坏、洪水风险加剧等问题。如何通过技术创新实现砂资源的可持续利用，成为建材领域亟待解决的难题。

在这项发表于《Results in Engineering》的研究中，来自巴基斯坦拉合尔大学技术系的Hafiz Muhammad Shahzad Aslam团队另辟蹊径，选择当地优质Lawrencepur砂为原料，采用球磨（BM）技术制备不同粒径级配的改性砂（MS），系统探究其对水泥砂浆性能的调控机制。

研究团队运用了四项关键技术方法：1）通过实验室级球磨机制备MS-25至MS-400五种粒径砂（样本来自Attock地区Lawrencepur砂场）；2）依据ASTM标准测试砂的物理性质（密度、吸水率等）和砂浆力学性能；3）采用SPSS v.30进行统计学分析；4）结合SEM和XRD揭示微观结构演变规律。

物理性质演变规律

通过粒度分析发现，BM使砂粒D₅₀从0.6mm降至0.07mm，FM从2.55优化至0.19。密度提升11.7%（松散态）和9%（密实态），吸水率降低34%。回归分析显示粒径与物理参数呈显著相关性（R²>0.9）。这种变化源于BM破碎了砂粒表面杂质，暴露出新鲜活性表面。

硬化砂浆性能突破

MS-200组28天抗压强度达33.44 MPa（比基准组提高35%），抗折强度5.87 MPa（提升48%），吸水率仅2.11%。统计验证显示所有改进均具显著性（p<0.001）。但过度研磨的MS-400因颗粒团聚导致性能下降，印证了"过犹不及"的调控规律。

微结构作用机制

SEM显示MS-200砂浆具有连续分布的C-S-H凝胶和少量CH晶体，孔隙率最低；XRD中Alite（C₃S）和Belite（C₂S）衍射峰强度最高。这表明适度研磨既促进了水泥水化，又优化了颗粒级配，形成致密堆积结构。

该研究首次证实Lawrencepur砂经BM处理后可作为高性能建材原料。MS-200砂浆的优异表现使其特别适用于结构修补、预制构件等场景。从可持续发展视角看，这项技术可减少30%的天然砂消耗，每吨砂处理能耗约50-770 kWh，通过配套可再生能源使用可实现环境友好型生产。团队建议后续研究应聚焦BM参数优化和工业化放大方案，以推动该技术在"一带一路"基础设施建设中的规模化应用。