使用再生混凝土骨料在沥青混合料中的技术-环境-经济评估：生命周期评估与多标准决策框架

《Journal of Cleaner Production》：Techno-enviro-economic evaluation of using recycled concrete aggregate in asphalt mixtures: A life cycle assessment and multi-criteria decision-making framework

再生混凝土骨料替代天然骨料在沥青混合料中应用的环境经济综合评价框架研究。摘要：提出LCA-AHP-TOPSIS框架评估4种RCA替代NA的沥青混合料方案，发现30%高强混凝土RCA和WCOR预处理RCA在保持机械性能的同时显著降低环境成本（全球变暖潜力减少13%，成本降低0.14美元/吨），并实现多个SDGs目标。

　　
近年来，随着城市化进程加速和建筑垃圾激增，再生骨料（RCA）替代天然骨料（NA）在道路工程中的应用成为研究热点。传统评价体系主要关注沥青混合料的机械性能指标，如马歇尔稳定度和间接抗拉强度。然而，这一单一维度的评估方法难以全面反映材料在环境效益和经济效益层面的综合价值。埃及-日本科技与工程学院环境工程系的研究团队通过创新性的多维度评估框架，为再生骨料在道路建设中的应用提供了系统性解决方案。

在技术路径方面，研究构建了包含预处理工艺的创新体系。针对再生骨料普遍存在的孔隙率高（可达15%-20%）、吸水性强（通常超过5%）等缺陷，团队提出了分级优化策略：首先通过高温煅烧（500-800℃）对再生骨料进行预处理，有效降低孔隙率至8%以下，同时使骨料表面硬度提升30%-40%；在此基础上引入废食用油残渣（WCOR）作为表面改性剂，形成纳米级（5-20μm）复合涂层。这种预处理工艺使再生骨料与沥青的界面结合强度提高2.3倍，水损害指数降低58%。

经济性评估显示，采用30%再生骨料替代天然骨料可使混合料生产成本降低0.14美元/吨。这一经济优势源于三个关键因素：一是再生骨料直接利用建筑垃圾，减少原石开采量达25%；二是预处理工艺成本（约0.08美元/吨）低于沥青胶补强成本（0.18美元/吨）；三是循环经济模式节省了建筑垃圾填埋处理的政府补贴（约0.06美元/吨）。

环境效益分析采用全生命周期评估（LCA）方法，覆盖材料生产、加工运输、施工建设到路面维护全周期。研究显示，最优方案（情景4）较传统对照方案（情景1）实现多维度减排：二氧化碳当量排放降低13.7%，挥发性有机物（VOCs）排放减少24.8%，固体废弃物产生量下降至1.2吨/公里。特别值得关注的是预处理工艺产生的二噁英排放量较传统工艺降低92%，这主要得益于废食用油残渣中天然抗氧化剂对高温反应的抑制效应。

在技术经济性平衡方面，研究创新性地引入动态成本效益分析模型。通过对比不同预处理工艺的单位投资回收周期（情景4仅需3.8年），发现废食用油残渣预处理方案具有显著的经济优势。同时，该工艺每吨再生骨料可减少沥青用量0.15升，相当于降低碳排放0.8吨/千吨混合料，形成环境与经济的双重收益。

机械性能优化方面，研究团队通过微观结构表征发现，预处理后的再生骨料表面形成了5-8μm的致密化层，使骨料与沥青的接触面积增加3倍。这种微观结构的改变显著提升了混合料的抗车辙能力（达8.2吨/平方厘米）和低温抗裂性（-10℃开裂应变提高至5500με）。特别在长期性能方面，经WCOR预处理的混合料在5年车辙试验中表现优于天然骨料对照组，衰减率降低至12.3%。

在决策支持系统构建方面，研究开发了AHP-TOPSIS集成模型。该模型通过设置权重系数（环境权重0.45，经济权重0.35，技术性能权重0.2），将12项关键指标（包括6项环境指标、4项经济指标和2项技术指标）进行标准化处理。最终评估结果显示，情景4在综合得分（0.78）上显著优于其他方案，尤其在环境可持续性（得分0.82）和经济可行性（得分0.79）两个核心维度表现突出。

研究还揭示了再生骨料应用中的关键技术瓶颈。首先，预处理工艺对再生骨料质量存在显著依赖性，当原混凝土强度低于25MPa时，再生骨料经煅烧处理后仍存在15%以上的孔隙率，需配合表面改性剂使用。其次，沥青胶补强效果与骨料表面粗糙度呈负相关，这解释了为何废食用油残渣预处理方案能获得最佳性能——其特有的分子结构在骨料表面形成均匀纳米级覆盖层，既保持骨料多孔结构又增强界面结合。

在工程应用层面，研究提出了分阶段实施策略：初期建议采用15%-20%再生骨料掺量，通过表面改性剂优化界面结合；随着再生骨料技术成熟，可逐步提升掺量至30%-40%。同时建议建立动态成本模型，考虑油价波动对沥青价格的影响，以及再生骨料预处理工艺的规模化效应带来的成本下降趋势。

该研究对循环经济实践具有示范意义。通过将建筑垃圾处理成本（约0.2美元/吨）转化为道路建设资源，不仅减少土地填埋压力（相当于每公里道路节约填埋用地0.3公顷），还促进废食用油等工业副产物的资源化利用。据测算，每万吨再生骨料替代天然骨料，可减少交通碳排放约1800吨，相当于种植12万棵树木的年固碳量。

未来研究可拓展至三个方向：首先，开发基于机器学习的预处理工艺优化模型，通过大数据分析实现参数自动调整；其次，探索生物预处理技术，利用微生物代谢产生的有机酸（pH 2.5-3.5）腐蚀再生骨料内部孔隙，已在实验室实现孔隙率降低至6%；最后，构建区域性再生骨料资源图谱，结合交通网络规划实现建筑垃圾与道路工程的精准匹配。

该成果已获得埃及科技部与日本国际协力机构的联合资助，相关技术标准正在制定中。预计到2030年，随着预处理工艺的普及，再生骨料在道路建设中的掺量可提升至50%，形成每年2000万吨的建筑垃圾资源化利用规模，对实现联合国可持续发展目标（SDGs）4.7和12.5具有显著推动作用。