基于建筑拆除废弃物的地质聚合物混凝土生命周期评估与替代方案优化研究

本研究针对建筑拆除废弃物(CDW)回收利用和水泥行业碳减排需求，通过生命周期评估(LCA)方法系统比较了三种CDW基地质聚合物混凝土与传统波特兰水泥混凝土的环境影响。研究发现，新型配方可降低9%-35%的全球变暖潜势(GWP)，但碱激发剂的高用量导致其他环境指标上升。研究创新性地采用多种分配方法分析辅助胶凝材料(SCMs)的环境负担分配，为循环经济背景下CDW高值化利用提供了重要决策依据。

　　

在全球建筑行业面临的双重环境挑战背景下，一方面波特兰水泥生产贡献了全球8%的CO₂排放，另一方面每年产生数以亿吨计的建筑拆除废弃物(CDW)大多被低效填埋或降级回收。欧盟将建筑领域列为循环经济五大重点领域之一，中国、美国和欧盟每年合计产生超过2600万吨CDW，但现有回收方式如回填已接近饱和状态。这种资源浪费与环境压力并存的局面，亟需开发新型可持续建筑材料解决方案。

荷兰莱顿大学(Leiden University)环境科学研究所的Emircan Ozcelikci等研究人员在《Waste Management》发表重要研究成果，通过创新性地整合实验验证与生命周期评估框架，系统评估了三种CDW基地质聚合物混凝土(HAGC、HCGC、LAGC)的环境性能。研究团队采用国际标准ISO 14040/44的LCA方法，结合蒙特卡洛不确定性分析和三种分配方法(质量分配、经济分配、零分配)，全面比较了这些新型材料与传统OPCC混凝土在全生命周期中的12项环境指标差异。

关键技术方法包括：(1)基于真实工程数据的三种地质聚合物配方开发；(2)采用ReCiPe 2016中点法进行生命周期影响评估；(3)对辅助胶凝材料(SCMs)实施多情景分配分析；(4)纳入CDW填埋的避免负担计算；(5)蒙特卡洛模拟进行不确定性量化。所有数据均来自实际工程示范项目和欧洲生命周期数据库(ELCD)。

<2>环境影响结果
研究显示，最佳配方LAGC相比传统混凝土可降低35%的全球变暖潜势(GWP)，相当于每立方米减少151kg CO₂-eq排放。但所有地质聚合物配方在人体毒性(HT)、淡水生态毒性(FET)等指标上表现较差，主要归因于碱激发剂的高环境负担。值得注意的是，当采用零分配假设时，SCMs的环境效益被显著放大，这种敏感性差异凸显了分配方法选择对LCA结果的重大影响。

<2>贡献分析
通过贡献分解发现，地质聚合物配方的环境热点呈现"双峰分布"特征：碱激发剂贡献了54-72%的非GWP环境影响，而SCMs则主导了GWP指标的63-81%。特别值得关注的是，硅灰(silica fume)虽然仅占配方的5-10%，却因其高能耗生产工艺产生了不成比例的环境负担。

<2>结论与展望
该研究证实CDW地质聚合物在碳减排方面具有明确优势，但需警惕"污染转移"风险。研究人员建议未来配方开发应聚焦三个方向：(1)通过机械/化学活化提升CDW反应活性，降低SCMs依赖；(2)开发低环境影响的替代激发剂；(3)建立统一的SCMs环境负担分配标准。这项研究为政策制定者提供了重要启示：在推动建筑废弃物循环利用时，需要建立多指标环境评估体系，避免单一关注碳减排而忽视其他环境风险。

这项由英国牛顿奖和土耳其TUBITAK共同资助的研究，首次将实际工程数据、多标准分配分析和不确定性量化有机结合，为建筑行业的循环经济转型提供了方法论创新和实证基础。研究结果特别指出，当前欧盟"70%CDW回收率"的政策目标需要配套更精细的环境绩效评估工具，才能真正推动高质量循环利用而非简单降级回收。