废物地基化：将建筑垃圾转化为高性能材料

为应对这些相互关联的挑战，日本芝浦工业大学（SIT）工程学院的稹见新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边切粉（SCP）和源自回收玻璃的地球硅石（ES），开发出一种高性能地质聚合物基土壤固化剂。这项突破性创新提供了一种减少水泥依赖的替代方案，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和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。稹见新也教授指出：“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。”

该研究的一个值得注意的方面是其环境安全方法。环境评估最初确定了砷浸出的担忧，这部分归因于ES中回收玻璃的含量。然而，稹见教授解释道：“可持续性不能以环境安全为代价。最重要的是，我们发现并解决了一个潜在的环境问题：当在初始配方中检测到砷浸出时，我们证明掺入氢氧化钙可通过形成稳定的砷酸钙化合物有效缓解此问题，确保完全符合环保要求。”

该解决方案提供了众多实际应用，具有深远的现实影响。稹见教授评论道：“在城市基础设施开发中，我们的技术可在不依赖高碳排放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。这在存在问题粘土土壤的地区尤其有价值，因为传统的稳定方法成本高昂且环境负担沉重。”

灾害频发地区可以利用这些材料进行快速土壤稳定而受益，这些材料已展现出良好的可加工性和符合应急响应需求的凝结时间。此外，发展中地区的农村基础设施项目可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。

其影响遍及多个行业。对于面临日益增加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沉重碳足迹的替代方案。对于岩土工程公司，其已证实的在硫酸盐侵蚀、氯离子侵入和冻融循环下的耐久性，使其能够在苛刻和侵蚀性环境中使用。

此外，通过减少波特兰水泥用量，该技术支持旨在满足绿色建筑认证和碳减排目标的建筑项目。在已实施碳定价机制的国家，它还可能使开发商有资格获得环境激励，进一步增强其经济可行性。

稹见教授强调其工作背后的更广阔愿景：“通过利用易得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如何评估工业副产品。”

这些研究结果指向可持续建筑实践的变革性转变，可能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%。随着全球对基础设施的需求持续增长，创新技术在建设更具韧性和负责任的未来中发挥着核心作用。