使用再生橡胶混凝土和沥青骨料围网包裹石柱的性能研究：可持续岩土工程

把垃圾变成更坚固的地基

每年，全球城市产生大量破碎混凝土、旧沥青和报废轮胎。这些废料大多被填埋或焚烧，同时施工方仍不断开采新的岩石和碎石以在软弱、泥泞的地基上支撑道路、桥梁和建筑。本文提出了一个简单但重要的问题：我们能否安全地用经过处理的废弃物替代部分天然石料，同时仍然保持结构的稳定？

石柱如何帮助建筑在软土上立稳

许多现代工程建在会在荷载下发生压缩和下沉的软粘土上。一种常用的补救措施是安装“石柱”——填充密实碎石或类似材料的垂直柱体。这些柱体像土中的刚性支柱：承担更多荷载、减少地基沉降，并为水提供排泄通道，使土体更快固结。用坚固的塑料或土工织物将柱体包裹起来还能带来额外好处。围网紧贴柱体，防止其向侧向膨胀，从而在更小变形下承担更大荷载。

从拆除废料到有用的建筑材料

作者们着手测试建筑和轮胎行业的废物流是否可以安全地替代部分用于这些围网包裹石柱的天然碎石。他们使用三种主要再生材料：来自拆除结构的破碎混凝土、磨碎的旧路面沥青块，以及切成小块的碎轮胎橡胶。在一个装满软粘土的大钢箱中，他们制作了34根配方不同的模型石柱。有些仅用碎石、混凝土或沥青；另一些则在体积上掺入10%或20%的橡胶。所有柱体都用相同的墙式土工合成材料包裹，保持相同的长径比，然后从上方加载，直到其破坏或发生显著沉降。

试验揭示的强度与沉降情况

为评估性能，研究者关注三项指标：每根柱体能承受的最大应力（承载力）、在该荷载下的下沉量（沉降），以及应力与位移之比，这一比值反映了变形既刚性又可控的程度。他们发现材料选择比柱体尺寸更为关键。以天然碎石为主的柱体，尤其是与适量再生混凝土混合时，表现出强度高且沉降小的最佳组合。在部分情况下，再生混合料的表现略优于纯碎石，承载力可提高约2%，且应力—位移比明显更高，表明既强且较抗位移。

橡胶与沥青的最佳配比

碎轮胎橡胶的作用更为微妙。当仅以10%橡胶掺入碎石或再生混凝土时，通常会提升性能，使柱体稍微更有弹性而不显著损失强度。这带来了更平滑、更可控的荷载下变形，并可使应力—位移比提高约16%。但当橡胶含量升至20%时，柱体普遍变得过于软弱：承载力下降、沉降增大，尤其是在本就较柔性的混合料中。纯再生混凝土制成的柱体往往最弱、沉降最多，而以回收沥青为主的柱体则表现为中等水平。沥青—橡胶混合料在需要高强度和低位移的场合最不合适，但在荷载较轻且以可持续性为优先时仍可能适用。

对更绿色地基的意义

对非专业读者来说，结论很清晰：通过合理的配比设计，建筑物地下支撑系统的部分组件可以由原本要入填埋场的废料构成。用围网包裹并填充碎石、少量再生混凝土和少量轮胎橡胶的石柱，经过恰当设计后，可达到甚至略优于传统碎石柱的性能，同时减少新石料开采。但橡胶掺量过多会使地基过于松软。研究表明，只要工程师遵循限制并进行必要试验，再生材料可以安全地整合进地基改良体系。做到位的话，这就是将昨日废料转化为明日更安全、更可持续基础设施支撑的方法。

引用: Hassanzadeh, M., Zad, A., Ramesht, M.H. et al. Performance of wall mesh encased stone columns using recycled rubber concrete and asphalt aggregates for sustainable geotechnics. Sci Rep 16, 6941 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38535-2

关键词: 石柱, 再生骨料, 废轮胎橡胶, 地基改良, 可持续岩土工程