生物炭因可作为炭汇进行碳封存,缓解温室效应,且可以改善土壤环境而引发人们的关注。生物炭的原材料部分来源于固体废物,如污泥和垃圾等。污泥因产量较多,最终的处理始终是一个难题。把污泥进行热解或将其封存使用在建材方面,是污泥清洁处理的研究热点。但是污泥里含有危险物质,热解后生成的生物炭如若被直接应用到土地中,是否会对土地环境和食物安全造成潜在的危害,是大众普遍担心的问题,因此推广应用较为困难。将污泥直接使用在建材中,未经过处理的污泥不仅含有危险物质可能会对环境产生危害,且会影响材料的性能。随着研究的深入发现,生物炭应用到混凝土制备中,可以替代一部分水泥,减少水泥用量,同时可以改善和维持混凝土性能,生物炭混凝土具备绿色建筑材料的特性。但是目前没有污泥生物炭替代水泥制备混凝土的研究,需要明确污泥生物炭混凝土是否能增加或保持混凝土性能?污泥生物炭混凝土能否发展成污泥处理和碳封存的技术?因此本文选用污泥生物炭粉,代替水泥拌合制作成污泥生物炭水泥和污泥生物炭混凝土,测试污泥生物炭水泥和污泥生物炭混凝土的力学强度和抗冻性,并结合SEM观察阐明出,污泥生物炭对水泥和混凝土性能产生影响的原因,最终核算分析出污泥生物炭混凝土如若推广应用,所带来的环境经济效益。具体研究结果如下:(1)不同比例污泥生物炭替代水泥后,标准稠度用水量增多,胶砂流动度变低,凝固时间变短。当替代量较少时,可以增强胶砂的抗折和抗压强度,替代量超过10%后,不利于胶砂强度的增长。(2)不同比例污泥生物炭替代水泥后,减小了坍落度的值。当替代量较少时,可以增强混凝土的力学强度。当10%、2%和4%比例的水泥被替代时,C20、C30和C40强度级别的混凝土的抗压强度最强,在替代比例为20%、10%和20%时达到最大限度值。(3)污泥生物炭的吸水性能导致了水泥标准稠度用水量增加,混凝土坍落度减小,水泥初终凝时间缩短。通过SEM扫描电镜观察分析到,添加了污泥生物炭的混凝土水化胶凝产物更多,混凝土结构更加均匀、连续、密实。(4)经过反复的冻融循环测试,污泥生物炭混凝土的质量损失率的值逐次递减,试块表观也未出现明显的损坏。但超过一定数值,污泥生物炭混凝土抗冻后的抗压强度均减小,强度损失增大。(5)污泥生物炭混凝土如若在全球应用,以2009-2018年间全球污泥产量作为计算依据,可节约水泥量和处理污泥生物炭量为383800万t,最多可处理1010000万t湿污泥,减排333906万t的二氧化碳量,碳封存量达到33390.6万t。污泥生物炭混凝土在我国推广,可节约或减少商品混凝土水泥用量57251万t,处理57251万t的污泥生物炭,最多可处理150661万t的湿污泥,减排49808万t二氧化碳量,碳封存量达到4980.8万t。具有可观的环境效益。且污泥热解可以获得燃气、生物炭等副产物,减少成本。污泥生物炭原材料成本为零,制备成混凝土,减少了水泥的生产量,降低水泥投入成本。对污泥生物炭水泥和混凝土性能的试验,机理的分析和产生的环境经济价值的估算,为污泥生物炭混凝土后期的推广应用提供了理论支持。