盾构废土与工业固废的绿色协同转化：碱激发环保型高性能流态填料的制备与生命周期评价

针对传统填料资源消耗高、环境负担重的问题，研究人员以盾构废土(SDWS)、矿渣微粉(GGBFS)和粉煤灰为主要原料，通过NaOH-Na2SiO3复合激发制备环保流态填料。研究表明该材料具有优异流动性(602-755mm)和抗压强度(6.43-8.98MPa)，CO2当量排放仅136-214kg/m3，生态强度效率(ESE)达0.038-0.053MPa/(kg CO2-eq·m-3)，为建筑行业绿色转型提供创新解决方案。

　　

在全球基建狂飙突进的时代，盾构隧道施工产生的废土正以每年上亿吨的规模堆积如山。与此同时，火力发电厂的粉煤灰和钢铁厂的矿渣也在挑战着环境承载极限。这些"放错位置的资源"如何变废为宝？吉林科技大学的科研团队在《Sustainable Chemistry and Pharmacy》发表的研究给出了创新答案——通过碱激发技术将盾构废土与工业固废转化为高性能流态填料，既破解了建筑行业资源环境困局，又开辟了固废高值化利用新路径。

研究采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等微观表征技术结合宏观性能测试，系统分析了材料反应机理；通过生命周期评价(LCA)量化了环境效益；以中国地铁建设产生的盾构废土和典型工业固废为原料，设计了多组配比实验。

【协同反应机制】
XRD分析揭示NaOH-Na₂SiO₃复合激发剂可有效活化原料中的Ca²⁺、Si⁴⁺和Al³⁺，GGBFS中的富钙相优先溶解形成Ca(OH)₂，进而与粉煤灰中的活性硅铝组分反应生成致密的C-S-H(水化硅酸钙)和C-A-S-H(钙铝硅酸盐水合物)凝胶。这种协同效应使材料28天抗压强度达6.43-8.98MPa。

【工程性能】
研究发现骨胶比和碱当量对抗压强度的影响显著大于液固比和激发剂模数。最优配比下材料初始流动度达602-755mm，满足自流平要求。微观结构显示凝胶相包裹废土颗粒形成致密网络，是性能提升的关键。

【环境与经济性】
LCA显示该材料CO₂-eq排放为136-214kg/m³，仅为传统水泥基CLSM的40%-60%；生态强度效率(ESE)达0.038-0.053MPa/(kg CO₂-eq·m^-3)，显著优于普通波特兰水泥体系。原料成本224-307元/m³，利用废土可再降本15%-20%。

这项研究不仅建立了盾构废土-工业固废协同利用的技术范式，更通过定量化环境效益评估，为建筑行业低碳转型提供了科学依据。其提出的"以废治废"方案，既缓解了固废处置压力，又降低了建材碳足迹，实现了经济效益与环境效益的双赢。特别是在中国年盾构废土量超1亿吨、粉煤灰库存达2000亿吨的背景下，该技术具有广阔的产业化应用前景。