将废弃混凝土回收为碱活化地质胶结剂用于砂土加固

将瓦砾变为有用地基

拆除建筑产生的旧混凝土通常作为体积庞大的废料处理，尽管城市不断需要更坚固、更稳定的地基用于道路、堤坝和基础工程。本研究展示了如何将这些瓦砾研磨成细粉并再利用以加固松散砂土，既为施工提供更稳固的基层，又降低气候影响并支持材料的循环利用。

从破碎混凝土到胶结粉末

研究人员以普通混凝土为起点，将其破碎并研磨成细的废混凝土粉末。他们将该粉末与粉质砂混合，然后加入由常见工业化学品（含钠和硅酸盐）配成的化学溶液。在这种高碱性环境中，粉末中旧水泥的部分成分溶解并重组为新的胶结凝胶，将砂粒胶结在一起。通过调整粉末用量、溶液浓度以及额外加水量，研究团队制备了数十种不同配方，以确定哪些配方能产生最强的加固砂体。

新地基可达到的强度与刚度

抗压强度测试表明，经处理的砂土可以变得非常坚固。在最佳条件下：含20%废混凝土粉末、较强的活化溶液且化学混合物之外无额外加水，样品在室温固化28天后达到无侧限抗压强度3.1兆帕。该强度水平处于实际土体改良工程可采用的范围内。即便是较弱的配方，相较于未经处理或仅通过压密改良的砂土，仍能提高抗剪滑性和表观内聚力。刚度测量也证实，较低的含水量和较高的化学浓度通常会产生更高刚度和更低变形性的加固层。

内部观察与性能预测

为了观察微观机制，团队使用了电子显微镜和X射线技术。他们观测到富含钙、铝、硅和钠的新型凝胶相在砂粒之间形成桥联，填充间隙并将颗粒粘结在一起。已知这些凝胶是现代低熟料或替代水泥强度的来源。除实验室测试外，作者还建立了两类数学工具，用于从配比和固化时间预测强度。一个简单的线性方程捕捉了大部分趋势，而一种名为梯度提升的高级机器学习模型表现更佳，能够解释约95%的强度差异。

评估气候代价

研究还将该基于废料的处理方法与使用普通硅酸盐水泥的常规土壤加固在环境足迹上进行了比较。按提供相似强度的每立方米加固土计算，废混凝土体系估算排放约47千克二氧化碳当量，而基于水泥的方法约为58千克。新体系的大部分气候负担来自制备硅酸钠溶液，这表明若能以更低影响或废料衍生的途径获得该成分，仍有改进空间。该分析未包括长期残留碱性液体的行为，因此作者指出在实际应用中仍需谨慎设计与监测。

这对未来建筑的意义

该研究表明，细磨的废弃混凝土可作为独立胶结剂用于砂土，从而将大量拆除废料转化为地基改良的有用资源。该方法可减少对新鲜水泥的依赖、降低温室气体排放，并使工程师在弱砂土上施工时减少对外购材料的需求。通过进一步优化活化化学品并在更多类型的真实废料上进行测试，这一策略有望使基础建设和废料管理更可持续。

引用: Bahmanpour, A., Ghahremani, M. & Fattahi, S.M. Recycling waste concrete into alkali-activated geo-binders for sand stabilization. Sci Rep 16, 15812 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44832-7

关键词: 废弃混凝土, 土壤加固, 碱活化胶结剂, 循环经济, 生命周期评估