可持续建筑策略的环境评估：基于CDW地质聚合物的可拆卸、3D打印与传统结构的生命周期比较

为应对建筑业高污染问题，研究人员开展CDW（Construction and Demolition Waste）地质聚合物与可拆卸结构的生命周期评估（LCA），发现地质聚合物可降低14%的全球变暖潜能值（GWP），而可拆卸系统通过循环使用显著减少环境负担，为绿色建筑提供新思路。

　　

建筑行业是全球环境问题的重要推手，每年产生约1000万吨建筑废弃物（CDW），同时消耗大量能源并排放CO₂。传统水泥（Ordinary Portland Cement, OPC）生产的高碳足迹与建筑结构的不可拆卸性加剧了资源浪费。如何通过材料创新（如地质聚合物）和结构设计（如可拆卸系统）实现可持续发展，成为亟待解决的难题。

为此，研究人员开展了一项跨学科研究，对比分析了基于CDW的地质聚合物（Geopolymer, GP）与传统OPC混凝土在可拆卸结构和传统结构中的环境表现。研究采用生命周期评估（LCA）方法，涵盖全球变暖潜能值（GWP）、酸化潜能值（AP）等关键指标，成果发表于《Cleaner Environmental Systems》。

关键技术方法

1. 材料制备：利用破碎、研磨后的CDW（如砖块、混凝土废料）与工业副产品（高炉矿渣BFS、粉煤灰FA）作为地质聚合物前驱体，以NaOH和Ca(OH)₂为碱性激活剂。
2. 结构设计：设计36 m²的可拆卸建筑模型，包含钢连接件和循环使用方案，与传统浇筑结构对比。
3. LCA分析：采用TRACI 2.1评估体系，计算从原料采集到施工阶段的“摇篮到大门”环境影响，功能单位为1 m³结构构件。

研究结果

1. 可拆卸结构的地质聚合物系统

• 环境贡献：钢构件占GWP的70-92%，因其高能耗生产；碱性激活剂（NaOH/Ca(OH)₂）贡献5%，电力消耗占1%。
• 优势：相比OPC混凝土，GP系统降低14%的GWP（932.59 vs. 1066.95 kg CO₂），但AP略高（4.92 kg SO₂），因碱性激活剂的酸性排放。

2. 可拆卸结构的OPC混凝土系统

• 热点分析：钢仍为主导（68-97%），但OPC混凝土因水泥生产的高能耗成为第二污染源（占GWP的23%）。

3. 传统与可拆卸系统的对比

• 初始影响：可拆卸系统的GWP（932.59 kg CO₂）高于传统系统（627.75 kg CO₂），因额外钢连接件。
• 循环效益：3次循环使用后，可拆卸系统的单位环境影响显著降低，凸显其长期可持续性。

结论与意义
研究证实，CDW地质聚合物可有效降低建筑材料的碳足迹，而可拆卸设计通过循环利用抵消了初期的高环境影响。钢构件的生产仍是主要瓶颈，未来需探索低碳替代材料。该研究为建筑业实现“设计可拆卸（DfD）”和“废物资源化”提供了实证支持，推动行业向循环经济转型。

未来方向

• 优化碱性激活剂配方以减少AP；
• 开发非钢连接技术；
• 扩展LCA范围至废弃物再利用阶段。