沙特阿拉伯道路建设中再生混凝土骨料性能、经济与碳排放的多标准评估

《Scientific Reports》：Assessment of the technical, economic, and carbon reduction potential of recycled concrete aggregate for sustainable roads in Saudi Arabia

　　

摘要

建筑与拆除（C&D）产生的废弃物给环境和经济带来了巨大挑战，主要体现在填埋处理和自然资源消耗方面。在沙特阿拉伯，随着这类废弃物量的不断增长，迫切需要采用可持续的回收策略来支持“2030愿景”目标的实现以及循环经济理念。本研究评估了在道路建设中使用再生混凝土骨料（RCA）替代天然骨料的可行性，具体应用于热拌沥青（HMA）和基层建设。RCA材料取自沙特阿拉伯布拉伊达（Buraidah）的一个垃圾填埋场，经过处理后通过骨料适用性测试、马歇尔混合设计（Marshall mix design）、普罗克特压实试验（Proctor compaction）以及加州承载比（CBR）测试进行了评估。经济性能通过建筑成本和生命周期成本计算进行评估，而建设阶段的二氧化碳排放量则采用基于情景的碳筛查方法进行估算。此外，还运用了一个整合了工程、经济和碳性能指标的多标准排名框架来比较不同RCA方案。虽然RCA的吸水率（7.83%）和磨损损失（40.55%）高于天然骨料，但其仍满足了所需的骨料性能要求。在HMA混合料中，当RCA含量不超过20%时，其在体积和力学性能方面表现良好；然而当含量达到30–50%时，混合物的空隙率增加，体积分数（VFA）降低，这表明需要进一步优化粘合剂配方。对于基层材料，RCA含量的增加使最大干密度从2.29 g/cm3降至1.73 g/cm3，CBR值从96.8%提升到100%时的172.5%，同时抗浸胀性也从0.45降低到0.004%。经济分析显示，使用RCA的HMA混合料可节省2.35–9.73%的成本，其中10%RCA含量的混合料节省效果最为显著；基层材料的成本在RCA含量达到100%时可降低25.1%。随着RCA含量的增加，HMA的建设阶段二氧化碳减排量分别提高了4.67%至23.37%，基层材料的减排量提高了23.07%至79.02%。在采用的总权重多标准评估框架下，10%RCA含量的HMA方案在技术可行性和整体性能方面表现最佳，而100%RCA含量的基层材料排名最高。总体而言，研究结果表明RCA在沙特阿拉伯的可持续道路建设中具有巨大潜力，尤其是在基层材料应用中；不过HMA中较高比例的RCA仍需进一步优化其耐久性。