香港天际线因日常拆迁产生大量建筑垃圾，虽部分用于土地复垦，但大部分仍被送往垃圾填埋场。香港理工大学迈克尔·安森土木工程教授兼土木及环境工程系杰出研究教授潘志雄，致力于推进建筑垃圾回收利用，开发出新的半湿式碳化技术，可将垃圾转化为有价值的建筑骨料，推动城市更可持续的建筑实践。

回收混凝土意义重大，不仅能减少大量材料进入垃圾填埋场，还为减少碳排放提供机遇。回收工作的核心是使用再生混凝土骨料(RCA)，其可替代占新建混凝土用量60%至80%的天然骨料。然而，RCA孔隙率和吸水率更高，可能损害新混凝土的机械强度和耐久性，限制了其广泛应用。

为解决这些局限，香港理工大学研究人员采用碳化技术，让二氧化碳与混凝土(RCA)中的含钙相反应形成碳酸钙，改善骨料性能，同时提供永久性二氧化碳封存途径，契合全球减缓气候变化努力。相关研究发表于《水泥与混凝土研究》期刊。

传统上，主要有两种碳酸化技术。半干式碳酸化采用水蒸气作为反应介质，通常在高湿度(相对湿度50 - 100%)条件下进行，方法简单但反应速度慢，几天后碳酸化程度在10%到20%之间，因水的可用性有限，阻碍了碳酸钙形成。湿法碳化将RCA浸入液态水，水固比通常在5到100之间，能在几个小时内达到10%到20%的碳化程度，可促进更快、更完全的反应。但该工艺需大量水，且涉及能源密集型的预处理和后处理步骤，如干燥、过滤和清洗，大规模实施复杂，还引发水资源消耗和废水管理担忧。

潘教授及其研究团队引入新颖的半湿式碳化方法，弥补了半干式和湿式碳化之间的差距。该技术通过在RCA的固液界面处使用细水雾，在RCA表面形成一层薄薄的、空间受限的水膜，对碳化反应非常有效。工艺在短短30分钟内就达到了10.6%的碳化程度，与类似条件下湿式碳化的碳化速率相当甚至超越。

半湿法还可使吸水率降低3.6%，孔隙率降低20%，对提高RCA在建筑应用中的质量和耐久性至关重要。其另一个关键创新是使用碳酸氢钠作为促进剂，创造了弱碱性环境，降低了二氧化碳形态形成的自由能垒，有利于二氧化碳快速转化为碳酸根离子，加速整个碳酸化过程，这已得到分子动力学模拟的证实。

对比分析半湿法和湿法碳化发现，二者初始阶段碳化程度相似，但半湿法在用水量和能耗方面更高效。此外，半湿法会影响RCA中硅酸盐相的演变，处理后的RCA反应性增强，与新混凝土的粘结性可能更好。

综上，半湿法碳化技术是再生混凝土骨料可持续利用领域的重大进步，结合了高碳化效率、极低耗水量和简化工艺流程，解决了现有碳化策略的关键局限性。使用碳酸氢钠作为促进剂进一步增强了该工艺，为工业二氧化碳捕获和利用提供了可行途径。随着建筑行业寻求减少环境影响，采用半湿碳化技术可将混凝土废料转化为宝贵资源，在材料回收和缓解气候影响方面发挥关键作用。

更多信息：Yining Gao 等，《半湿环境下再生混凝土骨料的加速碳化：一种有前景的二氧化碳利用技术》，《水泥与混凝土研究》(2024 年)