废料地基化：将建筑垃圾转化为高性能建材

为应对这些相互关联的挑战，由日本芝浦工业大学（SIT）工程学院的稹見慎也教授领导的日本科学家团队提出了一种可持续替代方案：利用建筑废料副产品——废边角料粉末（SCP）和源自回收玻璃的土壤二氧化硅（ES），开发出一种高性能地质聚合物基土壤固化剂。这项突破性创新为减少水泥依赖提供了替代方案，同时将建筑废料转化为宝贵的建筑资源。他们的论文已于2025年4月21日在线发布，并于2025年5月1日发表在《清洁工程与技术》期刊第26卷上。

SCP与ES的组合形成了一种地质聚合物基固化剂，能够将土壤抗压强度提升至超过160 kN/m²的建筑级阈值。在110°C和200°C下对SCP进行热处理是关键步骤，显著提高了其反应活性，并在不牺牲材料性能的前提下减少了材料用量。稹見慎也教授指出："这项研究代表了可持续建筑材料领域的重大突破。通过利用两种工业废料，我们开发出一种土壤固化剂，不仅满足行业标准，还有助于应对建筑废料和碳排放的双重挑战。"

该研究值得注意的一个方面是其环境安全性应对策略。环境评估初期发现砷浸出的问题，部分归因于ES中的回收玻璃成分。然而，稹見教授解释道："可持续性不能以牺牲环境安全为代价。最重要的是，我们发现并解决了一个潜在的环境问题：在初始配方中检测到砷浸出后，我们证明了掺入氢氧化钙可通过形成稳定的砷酸钙化合物有效缓解该问题，从而确保完全符合环保要求。"

该解决方案具有众多实际应用价值，能产生深远的现实影响。稹見教授表示："在城市基础设施建设中，我们的技术可在不依赖高碳排放的波特兰水泥的情况下，稳定道路、建筑物和桥梁下方的软弱土壤。这在存在问题黏土土壤的地区尤其宝贵，因为传统的稳定方法成本高昂且环境负担沉重。"

灾害频发地区可利用这些材料进行快速土壤稳定，其良好的施工性能和凝结时间已证明能满足应急响应需求。此外，发展中地区的农村基础设施项目可使用这些材料制作建筑用稳定土壤砌块，为烧制砖或混凝土提供低碳替代方案。

其影响跨越多个行业。对于面临日益增长的脱碳压力的建筑行业，这种地质聚合物固化剂提供了一种超越传统方法性能且无高碳足迹的替代品。对于岩土工程公司而言，其在硫酸盐侵蚀、氯离子渗透和冻融循环下已证实的耐久性，使其可在严苛和侵蚀性环境中使用。

此外，通过减少波特兰水泥用量，该技术支持旨在获得绿色建筑认证和实现碳减排目标的建设项目。在已实施碳定价机制的国家，还可能使开发商获得环境激励资格，从而进一步提升其经济可行性。

稹見教授强调了其研究背后的宏大愿景："通过利用易获取的废物流开发地质聚合物固化剂，我们不仅提供了一种可持续的工程解决方案，更重新定义了在资源受限的世界中我们对工业副产品的价值认知。"

这些发现指向可持续建筑实践的变革性转变，有望将数百万吨建筑废料转化为宝贵资源，同时减少与水泥生产相关的碳足迹——目前水泥生产占全球CO₂排放量的7-8%。随着全球基础设施需求的持续增长，创新技术在建设更具韧性和负责任的未来中将发挥核心作用。