医院、医疗保健和研究中心产生大量的生物医学废物，这些废物对人类健康和自然栖息地有害。近几十年来，生物医学废物的生产规模急剧上升。焚烧是一种理想的解决方案，可以减少废物的体积，同时摧毁危险的微生物，并最大限度地减少重金属的不受控制的处置。焚烧产生一种残留的固体物质，称为生物医学废物灰（BMWA）。许多研究表明，BMWA添加到混凝土中的有害影响，阻碍了BMWA在建筑行业的使用。本文综述了BMWA作为混凝土辅助胶凝材料的应用前景。BMWA的用量高达5%用于水泥替代，15%用于砂替代，可以生产高强度和耐用的混凝土，以实现BMWA在建筑领域的绿色和可持续应用。

BMWA的比重在1.82至2.64之间。BMWA的燃烧、研磨和筛分等加工方法影响比重变化。根据不同的研究，BMWA的比重比水泥的比重小约42%、21%、16%和13%。BMWA的比表面积在1000℃为399-433㎡/kg，在700℃燃烧后降至260㎡/kg。水化和火山灰反应主要受细度和比表面积的控制。其强度随其细度的增加而增加。在混凝土配合比设计过程中，BMWA作为砂的替代物，决定了平均粒径。BMWA的细度模数为3.17。BMWA的吸水率分别为2.38、4.65、4.89和7.53。

如图1所示，BMWA的组成根据原材料、实现BMWA所采用的处理和测试方法而变化很大。BMWA通常含有大量的SiO2，CaO，Al2O3，Fe2O3和其他氧化物。BMWA可以被认为是火山灰，因为SiO2、Fe2O3和Al2O3的百分比之和大于70%。BMWA的化学组成受输入的BMW的组成、焚烧炉的类型、燃烧温度和焚烧炉中现有的温度分布的影响。除了这些主要氧化物之外，次要氧化物如SO3、MgO、Na2O、K2O和TiO2也存在于该灰分中。

图 1 开发 BMWA 的分步程序

将底灰定位在图2（a）的三元相图中，并证实其接近于图2（b）的其他常规火山灰材料。在图2中，HBA表示医院底灰。图3示出了BMWA中存在的主要氧化物是二氧化硅（SiO2），其范围为5%至58%，而其他化学组分是氧化铝（Al2O3），其范围为5%至28%。相比之下，Fe2O3值中的一个在50%的较高百分比内，另一组在（5%-8%）的范围内，并且CaO在（10%-60%）之间变化。

图 2 a）三元图B）BMWA的火山灰活性测试

图 3 BMWA中的SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO组成

文献报告了未处理的BMWA中存在三种类型的颗粒，角形颗粒、粗糙颗粒和不规则颗粒，如图4（a）（b）所示。观察到BMWA在SEM中显示出有角和粗糙纹理的颗粒。角形形状提供更好的互锁，粗糙的表面纹理确保与水泥浆的良好机械结合。BMWA经历了干磨和湿磨过程，如图10（c）-（e）所示。湿磨灰表现出水合的迹象，表明水合反应发生在研磨过程中。由于有角和不规则的颗粒，混合水泥比OPC消耗更多的水，并降低了和易性。

图 4 BMWA的SEM图像

与骨水泥相比，BMWA具有最小的比重，导致更高的粉末体积，显著影响骨水泥浆的稠度。观察到BMWA混合水泥的稠度值增加。30%BMWA替代浆体的稠度值比对照浆体的稠度值增加了近22%。稠度的增加主要是由于以下原因：i）BMWA的高粉末体积，其需要更多的水用于润滑；ii）可能是BMWA的高多孔性质，其吸收更多的水。

BMWA的有角度和粗糙纹理的颗粒倾向于增加需水量，从而增加凝结时间。但对于碱含量较高的BMWA，由于存在高水平的碱（9%），BMWA水合速度更快，缩短了诱导期并缩短了水泥浆的凝固时间。研究结果还提到，重金属对凝固时间有实质性影响：提到铅的影响对凝固时间有不利影响；Cr、Ni和Zn的影响在较低浓度下对凝固的影响较小；在高Cr浓度下，水泥石的凝结和水化反应速率增加。另一方面，Zn延迟凝固和水合。高Ni含量的掺入没有显著影响。Cu和Pb化合物的存在抑制了凝固过程，并导致凝固时间增加。图5示出了IST的变化，并表明凝固时间延迟并缩短了IST。图6显示了FST的变化，并说明随着BMWA的水泥替代水平的增加，FST也比对照混合物增加得更多。

3.3.1 砂浆

BMWA颗粒具有棱角和粗糙纹理，这会降低可加工性并增加需水量。添加BMWA时需水量的增加可归因于其高孔隙率，导致水泥和BMWA颗粒之间的摩擦。在混合物中使用BMWA之前，将其在球磨机中研磨3小时，并在700 ° C下在加热炉中加热。比较了砂浆中有和没有处理（化学处理）和纳米二氧化硅的BMWA。结果表明，经处理的BMWA比未经处理的BMWA更能提高坍落度。BMWA被用于替代水泥时，随着BMWA的加入，流动值降低。这是因为灰中大量未燃烧的碳会导致水灰比降低，导致流动性降低。此外，研究表明，煅烧的BMWA的流动值与水泥的流动值相似，这可以归因于热处理引起BMWA的粒度增加，从而导致流动性相当。

图 5 BMWA对初凝时间变化的影响

图 6 BMWA对终凝时间变化的影响

3.3.2.混凝土

如图7所示，当添加BMWA作为水泥和砂的替代物时，混凝土的工作稳定性显著降低。利用BMWA作为砂的替代物。结果表明，掺量为10%和20%的BMWA混凝土的坍落度分别下降了28%和55%，这是由于BMWA吸水率高，降低了混凝土的工作性。此外，BMWA颗粒在混合过程中比天然细骨料表现出更大吸水能力。BMWA颗粒的粗糙纹理加强了互锁机制，降低了滚珠效应。当用BMWA代替水泥时，混合物的和易性随着BMWA的增加而降低。BMWA颗粒的棱角性和多孔性是导致可加工性下降的原因。

图 7 BMWA对混凝土坍落度损失的影响

BMWA混合砂浆可以将其抗压强度提高到10%的水泥替代水平。虽然BMWA的加入提高了混合混凝土的抗压强度，但超过BMWA水泥的最佳替代阈值会导致胶凝混合物的抗压强度下降。在这些混合物中，高的抗压强度归因于波特兰水泥的持续水化和波特兰水泥中焚烧炉灰与氢氧化钙之间的火山灰反应。这种强度的弱发展可能归因于其低二氧化硅和氧化铝含量，这导致水泥基质中的硅酸铝水化相形成不良。此外，BMWA混合试样的强度降低也可能是由于BMWA的吸收性质。图8示出了各种BMWA对混合混凝土在固化28天后的抗压强度的影响，随着BMWA用量的增加，混凝土强度降低.养护28天的混凝土样品显示强度降低26%-37%。

图 8 BMWA对混凝土抗压强度变化的影响

抗压强度的降低指出了研磨和热处理的重要性。更细的粒度提供更多的成核位点，从而有助于提高强度。相比之下，由于CSH凝胶形成浓度低和缺乏火山灰活性，提高BMWA作为最佳水泥替代物的抗压强度较低。尽管与对照混凝土相比，5%的BMWA具有最高的强度，但10%的BMWA被认为是最佳的，因为BMWA颗粒的微填料效应也通过图9得到证实。图9示出了具有不同BWMA含量的混凝土的SEM图像。混凝土中5% BMWA的SEM分析表明，结构变得更致密，空隙更少。在水化反应过程中形成致密结构和CSH，提高了混凝土试件的抗压强度。当比较5%BMWA与10%BMWA的SEM分析时，注意到略微多孔且不太致密的结构。此外，在10%BMWA中钙矾石排列更多，这解释了CSH凝胶形成少于对照混合混凝土。BMWA的量的增加导致CSH凝胶的不充分附聚和单硫铝酸盐晶体的浓度降低，最终阻碍水合过程，导致较弱的抗压强度。

图 9 在28天时，0、5%、10%和20%BMWA的混凝土的SEM图像

（1）BMWA可以成功地用于砂浆和混凝土。少量的BMWA显示出火山灰性，使其成为用作水泥或砂的部分替代品的合适材料。由于BMWA颗粒的棱角、粗糙度和多孔性，在混合物中使用BMWA降低了可加工性，导致需水量增加。

（2）凝结时间受BMWA掺加的影响很大。BMWA中SiO2和Al2O3含量较高时，浆体的凝结时间延长，碱含量较高时，浆体的凝结速度加快。

（3）由于BMWA的加入，直到它们的最佳替代水平，抗压强度提高。观察到5%的最佳水平用于水泥替换。然而，对于砂替代物，发现5%至15%的剂量水平对于最大化混合混凝土的机械性能是理想的。