清華大學(xué)恒隆房地產(chǎn)研究中心資助研究成果入選ESI熱點(diǎn)論文（TOP 0.1%）

在建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，傳統(tǒng)水泥及混凝土生產(chǎn)所引發(fā)的資源與環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。同時(shí)，廢舊建筑的拆除，每年大量建筑垃圾的堆積，不僅占用大量土地資源，還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。在此背景下，探尋再生水泥、再生混凝土等可持續(xù)的建筑材料解決方案迫在眉睫。

清華大學(xué)土木水利學(xué)院王俊杰老師及其研究生在清華大學(xué)恒隆房地產(chǎn)研究中心資助下開展了全再生混凝土的研究，致力于為建筑行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型開辟新路徑。如圖1，課題組將廢棄水泥石及廢棄混凝土制備出再生水泥及高品質(zhì)再生砂石，用以全部取代普通水泥及天然砂石，并成功配制出全再生混凝土（再生水泥全部取代普通水泥+再生砂石全部取代天然砂石），全面評(píng)估了全再生混凝土的物理和力學(xué)性能、耐久性以及碳排放特性，并與普通混凝土、再生水泥混凝土（再生水泥全部取代普通水泥）、再生骨料混凝土（再生砂石全部取代天然砂石）相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，研究成果入選ESI熱點(diǎn)論文（TOP 0.1%）。

圖1 全再生混凝土的全周期流程圖

在其物理力學(xué)性能方面，雖然抗壓強(qiáng)度結(jié)果顯示普通混凝土＞再生骨料混凝土＞再生水泥混凝土＞全再生混凝土，但是混凝土密度結(jié)果顯示全再生混凝土<再生水泥混凝土<再生骨料混凝土<普通混凝土，即全再生混凝土明顯輕質(zhì)。在吸水性能方面，再生骨料和再生水泥的使用會(huì)顯著影響了混凝土的吸水過程和速率，全再生混凝土的吸水過程則大致分為三個(gè)階段，即因再生水泥使用的較快的初始毛細(xì)吸水階段、因再生骨料吸水/返水導(dǎo)致吸水速率減慢的中間階段以及最終水分?jǐn)U散階段。在吸碳性能方面，課題組對(duì)四種混凝土進(jìn)行吸碳測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，由于再生水泥及再生骨料的吸碳固碳優(yōu)勢(shì)，全再生混凝土的吸碳能力在四者中表現(xiàn)最強(qiáng)，存在成為負(fù)碳建筑材料的潛力。計(jì)算得出普通混凝土、再生骨料混凝土、再生水泥混凝土以及全再生混凝土的總碳排放分別為 405、399、59 及 53 kgCO?/m3。其中，全再生混凝土的二氧化碳排放量相較于普通混凝土減少超過 85%。這一研究結(jié)果充分彰顯了全再生混凝土在減少建筑行業(yè)碳排放方面的巨大潛力，為建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了可能的技術(shù)路徑和有力的數(shù)據(jù)支持。

在微觀結(jié)構(gòu)方面，課題組借助 SEM-EDS 面掃及元素分布技術(shù)，分析了四組混凝土骨料和漿體的界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，全再生混凝土中再生骨料與再生水泥漿體之間過渡區(qū)不明顯，整體勻質(zhì)性更好，但是孔隙也更多，而在普通混凝土及再生骨料混凝土中界面過渡區(qū)非常明顯，形成了薄弱區(qū)域，影響混凝土的整體性能。微觀層面的研究成果為理解全再生混凝土性能劣化機(jī)制提供了理論依據(jù)，有助于在材料優(yōu)化和混凝土制備工藝改進(jìn)方面開展針對(duì)性研究，提升全再生混凝土的綜合性能。

圖2 全再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)

課題組研究成果以“Physical performance, durability, and carbon emissions of recycled cement concrete and fully recycled concrete”發(fā)表在TOP期刊CBM上，并入選為ESI熱點(diǎn)論文（TOP 0.1%）。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王俊杰老師為國家重點(diǎn)研發(fā)首席青年科學(xué)家，2023-2024連續(xù)兩年入選愛思唯爾全球前2%頂尖科學(xué)家榜單，清華大學(xué)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文指導(dǎo)教師(2024年)。王俊杰老師一直專注于低碳再生水泥和再生混凝土及其耐久性的研究，在國際高水平期刊CCR、CCC等以第一/通訊作者發(fā)表SCI論文60篇（其中IF>10文章10篇，一篇ESI熱點(diǎn)論文，一篇ESI高被引論文）。H-index為33，i10-index為50，Scopus總引用>3400次，單篇最高引用>420次，相關(guān)成果受到Nature正刊正面評(píng)價(jià)。

圖3 ESI熱點(diǎn)論文檢索證明

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