本文介绍了一项由同济大学材料科学与工程学院的研究团队发表在《Journal of Cleaner Production》上的研究，题为《A low-carbon approach to recycling engineering muck to produce non-sintering lightweight aggregates: Physical properties, microstructure, reaction mechanism, and life cycle assessment》。该研究由Wenbin Gao、Hongen Zhang、Qiang Ren、Yijin Zhong和Zhengwu Jiang等人共同完成，于2022年12月20日在线发表。
工程泥浆（Engineering Muck, EM）是地铁、地下商场等大型地下空间开发过程中产生的典型建筑废弃物。随着城市化进程的加快，地铁系统成为全球大城市的重要交通方式，导致大量工程泥浆的产生。然而，工程泥浆的综合利用率较低，大量泥浆露天堆积，占用土地资源并增加滑坡风险。因此，迫切需要开发高效的废弃物管理技术，以提高工程泥浆的长期利用率。本研究提出了一种低碳、低成本、创新的方法，通过粘结造粒技术回收工程泥浆，制备非烧结轻骨料（Non-Sintering Lightweight Aggregates, NSLWA），并对其物理力学性能、微观结构、反应机制及环境影响进行了系统研究。
研究流程主要包括以下几个步骤： 1. 原材料准备：从宁波地铁施工现场获取工程泥浆，经过干燥、研磨和筛分，得到粒径小于100微米的粉末。将泥浆粉末与水泥、粉煤灰或矿渣等胶凝材料混合，加入适量去离子水，通过盘式造粒机将其转化为球形颗粒。 2. 工艺参数优化：通过控制水固比（W/S）、造粒机转速、倾角和操作时间等参数，优化NSLWA的制备工艺。实验结果表明，最佳工艺参数为水固比0.2、转速27转/分钟、倾角50度、操作时间5分钟。 3. 养护条件确定：通过标准养护、自然养护和蒸汽养护等不同条件，确定最佳养护方式。实验表明，蒸汽养护24小时后，NSLWA的强度达到标准养护28天强度的84%，因此蒸汽养护被选为最佳养护方式。 4. 胶凝材料的影响：研究了水泥、粉煤灰和矿渣等胶凝材料对NSLWA性能的影响。结果表明，水泥含量的增加会提高NSLWA的强度，而粉煤灰和矿渣的加入则会降低其强度，但有助于降低成本。 5. 性能表征：通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）等手段，对NSLWA的晶体组成、微观结构和热物理行为进行了表征。 6. 环境影响评估：采用生命周期评估（LCA）方法，分析了NSLWA的环境影响。结果表明，NSLWA的全球变暖潜能（GWP）为47.4-201.2 kg CO2-eq/t，相比传统的烧结轻骨料，GWP降低了11.7-79.2%。 7. 经济性评估：计算了NSLWA的生产成本和经济效益。结果表明，NSLWA的生产成本为8.1-20.9美元/吨，相比传统人工骨料，具有9.0-21.8美元/吨的经济效益。
本研究提出了一种低碳、低成本的工程泥浆管理方法，通过粘结造粒技术制备NSLWA，不仅减少了工程泥浆的环境影响，还为混凝土制造业提供了可持续的轻骨料替代品。该研究为工程泥浆的高效利用提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。
本研究成功开发了一种低碳、低成本的工程泥浆回收方法，制备的NSLWA具有良好的物理力学性能和环境效益。该研究为工程泥浆的高效利用和混凝土制造业的可持续发展提供了新的解决方案。