2026年10月發(fā)表的一篇開放獲取綜述系統(tǒng)比較了14種可替代天然粗骨料的廢棄物材料。該研究篩選了538篇文獻，Zui終納入154項符合嚴格標準的實驗，要求廢棄物必須替代粒徑大于4.75毫米的粗骨料部分，且每項研究均提供天然骨料對照組以便歸一化對比。涉及的物料包括再生混凝土、碎磚、陶瓷、廢玻璃、塑料、輪胎橡膠、燒結粉煤灰輕骨料、椰殼、油棕櫚殼、鋼渣、廢大理石、花崗巖廢料、煤底灰和電子廢棄物。

綜述基于密度、孔隙率和表面化學特性，將上述物料劃分為三個家族。第一類為致密低孔隙物料（如鋼渣、大理石、花崗巖、玻璃和玻璃化陶瓷），比重約在2.4及以上，吸水率通常低于3%；第二類為多孔吸水性物料（如再生混凝土骨料、再生磚、燒結粉煤灰顆粒、煤底灰及生物基殼體）；第三類為疏水聚合物物料（塑料、輪胎橡膠和電子廢棄物），其聚合物組分比重約在1.4及以下。作者明確指出，該分類僅為機制假說而非已驗證的設計工具，需通過統(tǒng)一實驗程序在不同替換比例下進一步驗證。

各類物料的力學表現(xiàn)與分類高度吻合。致密低孔隙物料維持或提升了強度，并降低了硬化混凝土的水分與離子滲透性。多孔物料使硬化密度降低約25%至30%，吸水率上升，因此多數研究將其結構應用替換比例限制在20%至30%。聚合物物料大幅降低強度但提高延性和抗凍性（尤其是橡膠）。鋼渣表現(xiàn)Zui為突出：一項全替換研究顯示28天抗壓強度從34.3兆帕升至53.5兆帕，較對照組高出約56%，歸因于富鐵顆粒的嵌鎖作用與界面過渡區(qū)細化，但作者強調該數據僅來自單一研究且處于文獻上限。相反，再生混凝土骨料全替換時強度從30.9兆帕降至17.6兆帕；橡膠改性混凝土在20%替換時即損失超一半28天抗壓強度。聚合物全替換雖使抗壓強度下降約85%，但抗拉強度僅降約50%，改善了抗拉/抗壓比，使混凝土更不易脆裂，適用于對承載力要求不高但需能量吸收的路面、路緣石和防撞護欄。

綜述坦誠指出了現(xiàn)有證據基礎的脆弱性。六種物料的傳輸、耐化學侵蝕和抗凍行為僅基于單一粗骨料研究；兩項調查貢獻了不成比例的結論，其中一項主導了鋼渣的新拌性能、密度、孔隙率、三項強度指標、彈性模量、吸水性、氯離子滲透和鹽抵抗力的數據，另一項則主導了橡膠的相關結論。再生混凝土骨料是唯一在所有性能組別中證據趨于收斂的物料。由于原始研究極少報告合并分析所需的離散度指標，且水膠比、水泥類型、骨料級配、養(yǎng)護制度和測試標準各異，無法進行定量薈萃分析，文中所有數值均為單一研究結果或少數研究的范圍跨度。

耐久性結論同樣附帶重要說明。在快速氯離子滲透試驗中，粗玻璃產生的電荷通過率Zui低，因其不透水顆粒未提供傳輸通道；而再生混凝土和碎磚因附著砂漿和微裂縫界面形成連續(xù)導電路徑，電荷通過率Zui高。綜述還指出一個技術偽影：鋼渣含有遠高于硅質巖石的金屬鐵和氧化鐵相，會獨立推高測得電流，使庫侖值成為該材料的悲觀且不可靠指標。目前未發(fā)現(xiàn)針對鋼渣粗骨料混凝土的遷移或擴散測試，作者視其為明確且可彌補的研究空白。碳化方面，致密骨料碳化速度不高于對照組，而多孔礦物和生物基骨料碳化更快，這具有雙重影響：服役期內二氧化碳吸收量增加，但也可能提前引發(fā)鋼筋去鈍化。

廢玻璃被提出Zui嚴厲的警告。鈉鈣玻璃是一種本征堿含量高的非晶態(tài)硅酸鹽，屬于引入混凝土的高反應性材料之一。粒徑對結果的影響呈非線性：粒徑小于75至100微米時起火山灰作用抑制堿硅反應；大于5毫米時反應緩慢但會在離散點位集中膨脹凝膠；1至2毫米區(qū)間產生Zui大膨脹。混合顏色碎料反應性多變。關鍵的是，受評粗玻璃研究周期僅為數天至數月，遠短于反應發(fā)育所需時間，短期有利結果無法反映該機制，缺乏粗玻璃骨料混凝土的長期膨脹數據是綜述指出的Zui清晰缺口之一?？沙掷m(xù)性分析也打破了常見假設：骨料僅占混凝土“搖籃到大門”碳排放的5%至10%（水泥占80%至90%），單獨替換粗骨料僅使碳排放變化約負6%至正6%。再生粗骨料因破碎、篩分和運輸能耗高于開采本地石材，實際碳排放可能微增0.3%至3.4%。廣泛引用的17%減排數據源于用粉煤灰替代四分之一水泥的結合劑替換效應，不能歸因于骨料替換。成本效益呈現(xiàn)類似規(guī)律：農業(yè)殼體在假設零成本殘渣前提下單位成本降幅Zui大（約28%至30%），再生磚約19%，再生混凝土約15%，但成本和碳效益在運輸距離超過50至100公里后顯著遞減。

綜述以分級指導原則收尾而非直接給出設計值。鋼渣雖機械性能Zui強，但適用條件嚴格：需明確渣型、檢測游離石灰和游離方鎂石、通過標準膨脹試驗證明體積穩(wěn)定性、進行三至六個月陳化或加速處理，并驗證浸出合規(guī)性（電弧爐渣需重點關注鉻、釩和鋇）。再生混凝土骨料結合輔助膠凝材料，已確立用于20%至30%替換的結構用途。輕質和生物基物料適用于非結構場景，結構使用限約25%至30%；橡膠、塑料和電子廢棄物在任何結構角色中應控制在15%至20%以下，電子廢棄物因硬化材料存在鉛和鎘釋放風險，封裝和低暴露應用。作者指出，多數證據源自短期實驗室單廢體系測試，儀器化全尺寸數據幾乎缺失，獨立復現(xiàn)鋼渣和橡膠結果是該領域的首要研究優(yōu)先級。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-28。本文為資料編譯。