在掺入水玻璃–硅粉处理的再生细骨料的水泥砂浆中可持续提高化学耐久性和微观结构稳定性

为何将旧混凝土循环再用至关重要

在全球范围内，拆除的建筑产生大量破碎混凝土。尽管这些材料中含有可在新建工程中重复利用的沙石，但多数仍被填埋。问题在于，从旧混凝土中回收的细颗粒常使新砂浆更脆弱，更易受到恶劣环境的侵害，尤其是在下水道、工业场所或含盐土壤的地区。本研究考察了一种简单的处理方法，能将这些问题颗粒转化为可靠的建筑原料，帮助城市在不牺牲耐久性的前提下实现更可持续的建设。

从拆除废料到建筑用细砂

当旧混凝土被破碎时，会产生再生细骨料——呈沙粒尺寸、表面仍覆有老化水泥浆残留的颗粒。这些颗粒吸水性更强，且含有大量微小孔隙和裂缝。因此，用其制成的砂浆往往比天然河砂制成的砂浆更易渗透、对酸和盐的抵抗力更差。作者着眼于是否可通过一种简便的预浸渍步骤，使用两种广泛可得的材料——水玻璃（液体硅酸钠）和硅粉（超细矿物粉）——来强化附着的水泥层并改善再生骨料在新配比中的表现。

能封闭孔隙的简单浸渍浴

研究人员收集了施工和拆除废料，破碎并分离出细级部分。他们将这些再生细骨料在含不同比例水玻璃和硅粉的水溶液中浸渍24小时。晾干后，处理过的颗粒完全替代了标准水泥砂浆中的天然砂，并浇筑成小立方体试件。比较了五种配合比：一种为天然砂，一种为未处理的再生细骨料，三种为不同化学剂量处理的再生细骨料。砂浆硬化后，试件被分别置于强硫酸和硫酸镁溶液中浸泡数月——以模拟恶劣的下水道和富硫酸盐土壤环境。在各时点，团队测量了质量损失、强度、水吸收和超声脉冲速度以评估内部致密性，并用先进成像和光谱学方法检查内部结构。

抵御酸和盐的侵袭

在酸与硫酸盐侵蚀下，未处理的再生细骨料表现最差。其砂浆质量损失最大、强度下降最剧烈、吸水量最高，且超声脉冲速度下降最明显——这些都是广泛开裂和内部破坏的迹象。以天然砂制成的砂浆表现较好，但仍出现明显的表面侵蚀并随时间逐渐弱化。相比之下，经处理的再生细骨料制成的砂浆持续更有效地抵抗损伤。浸渍于中等强度浴（含20%水玻璃和2%硅粉）的配合最为突出：在酸性环境中，其质量损失约比未处理再生配合少40%，强度保持约高30%；在硫酸盐溶液中亦同样限制了质量损失和强度衰减，同时保持较高的超声速度。

材料内部发生了什么变化

显微和化学测试揭示了处理有效的原因。在未处理的再生砂浆中，侵蚀性溶液易于渗入，溶解富钙化合物，并生成膨胀性的石膏和埃特林格石晶体，从而破坏微观结构。图像显示再生颗粒周围接触区多孔且裂缝广泛。经处理后，每个颗粒周围的附着砂浆明显更致密、与新砂浆结合更紧密。水玻璃溶液渗入孔隙并与钙反应生成额外的结合凝胶，而硅粉进一步消耗游离钙形成更富硅、更稳定的网络。X射线和红外分析证实，有害副产物显著减少，主要结合相即使在长期侵蚀后也保持得更完整。

一种更环保更坚韧砂浆的实用途径

对非专业读者而言，关键结论是：一个相对简单、低能耗的浸渍步骤，能将问题多多的再生混凝土细骨料转变为高性能的新砂浆原料。通过封闭孔隙并重塑旧水泥涂层的化学成分，水玻璃–硅粉复合浸渍使100%再生细骨料在极端化学条件下能够与天然砂竞争并在某些方面超过天然砂。这一方法为将更多拆除废料回收为耐用建筑材料提供了现实路径，既减轻了对河砂资源的压力，又延长了混凝土构件在侵蚀性环境中的使用寿命。

引用: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

关键词: 再生混凝土, 水泥耐久性, 可持续建筑, 骨料处理, 酸和硫酸盐侵蚀