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工程建设学院雷斌教授团队近期在固废利用技术及其环境效应评价方面取得重要进展

作者:工程建设学院时间:2024-05-30访问量:
摄影 单位

本网讯(工程建设学院)近期,我校工程建设学院雷斌教授团队在固废利用技术及其环境效应评价方面取得重要进展。

雷斌教授团队对多次再生骨料混凝土(Multi-RAC)的三轴力学性能和环境影响进行了研究,研究结果表明,Multi-RAC的三轴破坏模式与天然骨料混凝土相似。其次,通过方差分析和斯皮尔曼相关性检验两种数学分析方法共同证明,峰值应力、峰值应变、弹性模量等自变量与横向围压、再生次数等因变量存在显著相关性。另外基于多元回归混合模型,较好预测恒定围压和再生次数下的Multi-RAC的峰值应力、峰值应变和弹性模量的回归关系。随后引入循环再生因子,借助改良的高级非线性弹塑性本构模型,成功预测Multi-RAC的三轴力学性能。对比分析表明,与Mohr-Coulomb、Power-law和William-Warnke等传统失效准则相比,由弹塑性模式导出的高阶非线性失效准则具有更好的适应性,可以正确预测混凝土三轴压缩下的应力和应变特性。在环境影响方面,除ODP外,Multi-RAC的所有环境影响指标(GWP、POCP、AP、EP和CED)都随着再生次数的增加而降低,其中CED和EP的降低效果最显著。

Fig. 2 Graphical abstract

雷斌教授团队基于生命周期评价(LCA)理论,以节能潜力(CSP)为评价指标,研究了四种不同的处理策略(即再循环、再制造、再利用和综合策略)对各种建筑结构(包括框架、框架-剪力墙、剪力墙和轻钢结构)的节能效益。结果表明,与传统的拆除和垃圾填埋处理方法相比,本研究对结构建筑实施综合管理策略可减少150.7至246.8 kgCO2-e/m2的碳排放,减碳量是直接填埋碳排放量的11.9-3.8倍。在四种结构中,轻钢结构的CSP最大,达到73.75%—77.24%,其次是框架-剪力墙结构(42.67%—46.93%)、框架结构(41.19%—45.11%)和剪力墙结构的CSP(39.00%—43.79%)。当建筑使用寿命为50年时,四种结构建筑的所有CSP都显著增加,此时是对建筑进行解构最合理的方法。

雷斌教授团队提出了一种生产低碳节能沥青混凝土路面的创新技术,以一个具体的工程项目为案例,设计采用磷石膏替代原有水泥稳定基层中的部分水泥,用于道路施工的水泥稳定磷石膏混合料(CSPM)基层,并采用乳化沥青冷再生混合料(CRME)取代热拌沥青混合料用于下面层的优化方案。通过生命周期评估(LCA)评估优化方案中各个施工阶段的能源消耗、碳排放和环境影响。结果表明,能耗显著减少42.5%,碳排放减少12.7%。此外,在材料运输阶段,碎石(CS)和铣刨材料(MPM)对能耗的影响最大。值得注意的是,材料生产阶段产生了最显著的效益,能耗减少了48.0%,碳排放减少了67.5%。优化方案有利于再生沥青路面(RAP)材料和磷石膏的再利用,使矿物用量减少44.3%,石油沥青减少6.9%。此外,该项技术可减少土地占用16.859m2。

Fig. 3. System boundaries using the LCA method

上述系列成果近期分别在Science of the Toal Environment、Construction and Building Materials(中科院大类一区,TOP期刊,IF7.4)、Developments in the Built Environment (中科院二区,IF8.2)、Case Studies in Construction Materials(中科院二区,IF6.2) 等高水平期刊发表,并授权发明专利1项,软件著作权2项。 成果得到了国家自然科学基金以及企业联合研发项目经费的支持。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171381

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136696

https://doi.org/10.1016/j.dibe.2023.100264

https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03237

编    辑:万庆莲

责任编辑:涂金凤