建筑和拆除废料对基于可持续LC3的结构轻质混凝土性能的影响

把建筑废墟变成坚固的新结构

每年，大量来自已拆除建筑的碎砖和混凝土堆积在填埋场，与此同时，新鲜水泥的生产会比几乎任何其他建筑材料产生更多的二氧化碳。本研究提出了一个及时的问题：昨日的废墟能否成为明日的低碳、轻质建筑材料——足够坚固用于真正的结构，而不仅仅是填充物？研究人员展示了如何通过精细加工的砖和混凝土废料替代大量最具污染性的水泥成分，既减少排放，又仍能满足结构混凝土的国际标准。

为什么更轻、更环保的混凝土很重要

混凝土隐含的代价在于它的重量和气候足迹。更重的结构在柱和地基中需要更多材料，而常规水泥生产会释放大量温室气体。轻质混凝土通过减少建筑的“恒载”帮助降低材料用量，使得构件更纤细、地基更小，从而节省材料和能源。与此同时，建筑与拆除废料——尤其是旧砖和混凝土——若被直接填埋，也会带来环境问题。本研究将这两大挑战结合起来，探讨废料能否既减轻混凝土重量又大幅削减对新水泥的需求。

从废墟到构件

研究团队将重点放在一种更新、低碳的胶结材料上，称为石灰石煅烧粘土水泥（LC3）。与主要依赖传统熟料的水泥不同，LC3将熟料与石灰石粉和经加热处理的粘土混合使用。在本研究中，研究人员用来自废料的成分替代了通常的原料：将细磨的砖粉代替特殊粘土，而用再生混凝土粉取代石灰石粉。旧砖还被破碎用于细骨料和粗骨料，同时加入少量引气剂以引入微小气泡进一步减轻重量。总共制备了九种不同的混凝土配合比，所有配合比在水、胶结材料和砖类骨料的基本配比上相同，但废料粉的种类和用量有所变化。

测试强度、耐久性与耐热性

为了评估这些配合比是否不仅仅是环保实验，研究人员对其进行了严格的测试。他们测量了新拌混凝土的流动性、干燥后的密度以及通过声波传播状况来指示内部质量的指标。跟踪了其在7、28和90天时的抗压强度增长情况，并检验能否按欧洲设计规范作为结构轻质混凝土使用。耐久性方面，通过在苛刻的硫酸镁溶液中浸泡样品长达六个月来模拟侵蚀性土壤和海水环境，并将样品加热到200和400摄氏度以模拟火灾或高温暴露情况。同时还检测了吸水率和总体孔隙率，因为更疏松、更易吸水的混凝土通常随时间更易受损。

基于废料的混凝土表现如何

令人惊讶的结果是，配合比中在胶结材料中使用碎砖粉的混凝土，其性能非常接近使用更精制商业粘土的混合物，仅在强度上有小幅下降且吸水率略有增加。即使熟料被替代高达60%，所有这些混凝土在28天时的强度都约在24至38兆帕之间，干密度在1650至1850千克每立方米之间——充分落在结构轻质混凝土的范围内。再生混凝土粉作为石灰石粉的替代品则表现较为粗糙：使用它的混凝土在强度和孔隙性方面略显不及，反映出这种废料本身更不规则、更多孔的特性。尽管如此，所有依赖废料粉和砖类骨料的配合比都达到了结构使用的门槛。总体而言，基于LC3的配合比在严苛条件下表现良好，在长期硫酸盐侵蚀下质量损失小于0.7%，在加热到400摄氏度后仍保留超过80%的强度。

这对未来建筑意味着什么

对非专业读者而言，结论是：大部分由碎砖和旧混凝土制成的混凝土——配合经过精心调配的低碳胶结材料——可以既轻又足够坚固用于真正的建筑。存在权衡：富含废料的配合比吸水性更高，且在使用再生混凝土粉时，与最佳的传统配方相比会牺牲部分强度。但它们仍能满足结构标准，同时替代了大量碳排放最高的水泥成分，并为拆除垃圾提供二次利用的途径。这指向了一个可能的未来：新建筑的骨架可以由旧建筑的残材构成，从而减少排放、节约原料并缩小建筑废弃物的体量，而不必以牺牲安全性或性能为代价。

引用: Sadik, E.K., Elrahman, M.A., Eltawil, K.A. et al. Impact of construction and demolition wastes on the performance of sustainable LC³-based structural lightweight concrete. Sci Rep 16, 13397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48036-x

关键词: 可持续混凝土, 建筑废料回收, 轻质混凝土, 低碳水泥, 再生砖与再生混凝土