将废混凝土粉末作为常规混凝土中石灰石细粉的可持续替代品：来自葡萄牙的案例研究

将混凝土废料变成有用资源

混凝土是现代城市的支柱，但伴随着沉重的环境代价。水泥作为混凝土的关键成分，其生产会释放大量二氧化碳，同时大量用过或用于测试的混凝土成为废料。本研究探讨是否可将从破碎的混凝土试块中得到的细粉（这些试样通常在质量检验后被丢弃）安全地替代目前以细磨石灰石形式存在的一部分水泥。如果可行，同一批产生这些废料的混凝土厂就能将其转化为有用的成分，从而减少排放和填埋量。

从破碎试块到细粉

在葡萄牙的一家商品混凝土厂中，每年铸制并破碎数千块立方体试样以验证强度，每厂产生约200吨废混凝土。研究并未将这些视为垃圾，而是将破碎的碎块在研磨筒中进一步粉碎并筛分成细粉。该混凝土试样粉末随后用于在小型砂浆棱柱和整套混凝土配比中替代部分水泥，替代比例在砂浆中为10%至30%，在混凝土中为10%至20%。作为对照，同样的替代水平也用目前许多生产者常用的石灰石细粉进行了测试。

新配合比在实验室中的表现

工程师首先检查了这些配合比随时间发展的强度。将最多10%的水泥替换为废混凝土粉末时，得到的砂浆和混凝土的抗压强度接近标准配比和以石灰石为基础的配比。然而超过该水平后强度显著下降，尤其在20%和30%替代时，因为可参与结合的活性水泥明显减少。石灰石配合比总体上略强于含混凝土粉末的配合比，主要因为石灰石颗粒更细、级配更紧密，但在10%替代时两者差距很小。

水分、盐分与内部结构

研究还探讨了水和盐等物质通过混凝土的难易程度，因为这些过程对耐久性影响很大。在适度的10%替代水平下，石灰石细粉和混凝土粉末都降低了表面毛细吸水速率，这表明细颗粒有助于填充并细化近表面微孔。在更高替代水平时，这一益处消失，总体孔隙率增加，使水分尤其是氯离子（来自融雪盐或海雾）更容易渗透。显微和矿物测试支持这些结果：它们显示石灰石和废混凝土粉末主要作为惰性填料，帮助早期晶体生长但自身化学反应有限。混凝土粉末颗粒更粗且形状不规则，导致其内部结构比石灰石配合比略显松散。

气候影响与材料的循环利用

由于水泥是混凝土中排放的最大来源，任何减少水泥含量的做法都能降低配合比的碳足迹。研究者使用生命周期评估工具计算了每立方米混凝土释放的二氧化碳。当用石灰石细粉或混凝土试样粉末替代20%水泥时，与参考配比相比，体化排放大约减少了17%。将这些排放与所得强度一并评估时，所有配合比落在一个较窄的性能区间内，表明在保持适度替代水平的前提下，可实现显著的二氧化碳减排而不致大幅牺牲强度。

这对未来混凝土意味着什么

对于非专业读者，主要信息是常规混凝土检测产生的废料可以被转化为部分替代水泥的有用成分。在约10%的替代水平下，这种再生粉末能保持强度和基本耐久性与现行做法相近，同时有助于降低排放并避免填埋。若替代比例过高，混凝土则会变得更弱且更易渗透。这项工作提出了一个切实可行的近期步骤，朝向更循环和更有气候意识的混凝土：将工厂每天产生的废料研磨并回馈到新配合比中，但需严格限制在性能可靠的水平内。

引用: Özkan, H. Valorization of waste concrete powder as a sustainable substitute for limestone fines in conventional concrete: a case study from Portugal. Sci Rep 16, 15701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46343-x

关键词: 混凝土废料, 水泥替代, 石灰石细粉, 循环经济, 碳足迹