变废为宝：将建筑垃圾转化为高性能材料
突破性的地质聚合物技术将回收的玻璃和建筑废料转化为耐用的绿色建筑材料日期：5月 29， 2025源：芝浦工业大学总结：在可持续建筑的重大进步中，科学家们用工业废料创造了一种不含水泥的土壤固化剂。通过将壁板切割粉末与地球二氧化硅（一种来自回收玻璃的碱性刺激剂）活化相结合，科学家们生产出一种高性能材料，该材料符合超过 160 kN/m 建筑级阈值的抗压强度标准，并通过氢氧化钙稳定消除砷浸出。该技术减少了垃圾填埋量和碳排放量，为全球基础设施发展提供了循环解决方案。随着全球人口增长加速城市扩张，建筑活动达到了前所未有的水平，对自然资源和环境都造成了巨大压力。作为现代基础设施的基石，普通波特兰水泥仍然是最有效和最常用的土壤固化剂，尽管它对全球碳排放的贡献很大。与此同时，建筑垃圾继续堆积在垃圾填埋场。解决水泥使用的环境负担和工业废物处理效率低下已成为当务之急。为了应对这些相互关联的挑战，由日本芝浦工业大学 （SIT） 工程学院 Shinya Inaizumi 教授领导的日本科学家提出了一种可持续的替代方案：一种基于高性能地质聚合物的土壤固化剂，由建筑垃圾副产品壁板切割粉 （SCP） 和来自回收玻璃的地球二氧化硅 （ES） 开发而成。这项突破性创新为减少对水泥的依赖提供了一种替代方案，同时将建筑垃圾转化为宝贵的建筑资源。他们的论文于 2025 年 4 月 21 日在线提供，并于 2025 年 5 月 1 日发表在《清洁工程与技术》杂志第 26 卷上。SCP 和 ES 的结合形成了一种基于地质聚合物的固化剂，能够将土壤抗压强度提高到 160 kN/m 的建筑级阈值以上2.在 110 °C 和 200 °C 下对 SCP 进行热处理是一个关键步骤，可在不牺牲材料性能的情况下显著提高其反应性并减少材料使用。“这项研究代表了可持续建筑材料领域的重大突破，”Shinya Inazumi 教授指出。“通过使用两种工业废料，我们开发了一种土壤固化机，它不仅符合行业标准，还有助于解决建筑垃圾和碳排放的双重挑战。”该研究的一个值得注意的方面是环境安全方法。环境评估最初发现了对砷浸出的担忧，这部分归因于 ES 中回收的玻璃含量。然而，Inazumi 教授解释说：“可持续性不能以牺牲环境安全为代价。最重要的是，我们确定并解决了一个潜在的环境问题：当在初始配方中检测到砷浸出时，我们证明加入氢氧化钙通过形成稳定的砷酸钙化合物有效缓解了这个问题，确保了完全符合环境要求。该解决方案提供了许多实际应用，具有广泛的实际影响。Inazumi 教授评论道：“在城市基础设施开发中，我们的技术可以稳定道路、建筑物和桥梁下方的脆弱土壤，而无需依赖碳密集型波特兰水泥。这在粘土有问题的地区尤其有价值，因为传统的稳定方法成本高昂且环境负担重。使用这些材料进行快速土壤稳定，这些材料已显示出良好的可加工性和符合应急响应需求且凝固时间，因此灾害易发地区可以从中受益。此外，发展中地区的农村基础设施项目可以利用这些材料制造用于建筑的稳定土块，为烧制砖或混凝土提供低碳替代品。其影响遍及各个行业。对于面临越来越大脱碳压力的建筑行业，地质聚合物固化剂提供了一种替代方案，其性能优于传统方法，而不会产生沉重的碳足迹。对于岩土工程公司来说，它在硫酸盐侵蚀、氯化物进入和冻融循环下的耐用性得到验证，使其能够在苛刻和腐蚀性环境中使用。此外，通过降低波特兰水泥的使用量，该技术支持旨在满足绿色建筑认证和碳减排目标的建筑项目。它还可能允许开发商在碳定价机制到位的国家获得环境激励措施的资格，从而进一步增强其经济可行性。Inazui 教授强调了他工作背后的更广阔的视野：“通过利用现成的废物流开发地质聚合物固化剂，我们不仅提供了可持续的工程解决方案，而且重新定义了我们在资源受限的世界中如何评估工业副产品。这些发现表明可持续建筑实践发生了变革性转变，有可能将数百万吨建筑垃圾转化为有价值的资源，同时减少与水泥生产相关的碳足迹，目前水泥生产占全球一氧化碳的 7-8%2排放。随着全球对基础设施的需求不断增长，创新技术在构建更具韧性和负责任的未来方面发挥着核心作用。
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