通过压实与碳化技术将再生混凝土粉末转化为低碳建筑材料的创新研究

为解决建筑废弃物中再生混凝土粉末（RCP）利用率低、传统回收方法能耗高的问题，研究人员开展了一项结合压实与碳化技术的新型回收策略研究。通过系统评估不同压力水平、骨料含量及压实方式对材料性能的影响，发现碳化处理后RCP压实体的抗压强度可达40 MPa以上，且CO2 吸收抵消了生产能耗。该研究为建筑废弃物高值化利用提供了低碳解决方案，对推动碳中和目标下的循环经济具有重要意义。

　　

在全球城市化进程加速的背景下，建筑行业产生的混凝土废弃物逐年攀升，预计到2050年将达到270亿吨。其中，再生混凝土粉末（Recycled Concrete Powder, RCP）占废弃物总量的30%，但现有技术难以有效利用其高水化产物含量和低活性的特点，导致大量RCP被填埋，不仅占用土地资源，还加剧了环境污染。与此同时，水泥行业贡献了全球5%-8%的人为CO₂
排放，亟需开发低碳建材技术以应对气候变化挑战。

针对这一问题，东京Techno公司的研究人员提出了一种创新方法：通过机械压实结合CO₂
碳化技术，将RCP直接转化为高强度建筑材料。传统压实回收需依赖180°C高温蒸汽养护6小时，能耗高达0.71 GJ/m³
，而新方法利用CO₂
与RCP中水化产物（如C-S-H和Ca(OH)₂
）反应生成CaCO₃
晶体桥，在常温下实现材料强化，相关成果发表于《Resources, Conservation and Recycling》。

研究团队采用轴向/静水压实（20-100 MPa）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TG）和压汞孔隙测定法（MIP）等技术，系统评估了骨料含量（0%-50%）、压力水平和碳化时间对材料性能的影响。通过扫描电镜（SEM）观察微观结构演变，并结合统计学分析验证参数显著性。

物理力学性能
研究发现，未经碳化的RCP压实体抗压强度（17 MPa）低于现浇混凝土标准（21 MPa），但碳化3天后强度提升至42.8 MPa，达到C40混凝土水平。水吸收率从24.5%降至14.9%，满足烧结砖（<16%）和非承重砌块（<14%）标准。统计学分析表明，压力水平（p<0.0005）对非碳化样品强度起主导作用，而碳化后骨料含量成为关键因素（p<0.05）。

物相演变与孔隙结构
TG-DTG曲线显示碳化后Ca(OH)₂
完全消失，CaCO₃
含量增加至38%。XRD检测到方解石、球霰石和文石三种CaCO₃
晶型，其中骨料促进方解石转化。MIP表明50 MPa压力下累计孔体积降低18%，临界孔径从0.88 μm缩小至0.44 μm，碳化进一步引入10 nm级孔隙。

颗粒结合机制
SEM揭示了从物理接触向化学键合的转变：低压力（20 MPa）下颗粒间存在明显空隙，而70 MPa压力促使颗粒破碎填充空隙。碳化后CaCO₃
晶体在相邻颗粒间生长形成桥接结构（图6d-h），方解石的菱面体、球霰石的亚球形和文石的针状形态共同强化了界面结合。

环境效益
生命周期评估显示，每立方米材料可封存CO₂
5.4%-21.5%，净排放为-305.57至-153.33 kg CO₂
-eq/m³
。即使对已高度碳化的真实RCP（CaCO₃
初始含量11.3%），仍能实现47.62 kg CO₂
-eq/m³
的净吸收。

该研究首次阐明了RCP压实体中CaCO₃
晶体桥接的强化机制，突破了传统水泥基材料依赖水化反应的局限。通过优化压力（≥50 MPa）和骨料配比（≤30%），可生产出性能媲美混凝土的低碳建材，为建筑垃圾资源化提供了技术范式。未来需进一步研究颗粒级配优化和长期耐久性，以推动该技术在大规模预制构件中的应用。