在可持续建筑领域的一项重大进展中，科学家们利用工业废料创造了一种无水泥土壤固化剂。通过将裁边粉末（Siding Cut Powder）与来自回收玻璃的碱性刺激物土壤二氧化硅（Earth Silica）结合，科学家们生产出一种高性能材料，其抗压强度标准超过160 kN/m的建筑级阈值，并通过氢氧化钙稳定化消除了砷的浸出。这项技术减少了填埋场的体积和碳排放，为全球基础设施发展提供了循环解决方案。
随着全球人口增长加速城市扩展，建筑活动已达到前所未有的水平——对自然资源和环境施加了巨大压力。普通硅酸盐水泥作为现代基础设施的一个基石，尽管对全球碳排放作出了重大贡献，但依然是最有效且最常用的土壤固化剂。同时，建筑废物仍在填埋场不断积累。解决水泥使用的环境负担和工业废物处理的低效性已成为当务之急。
为应对这些相互联系的挑战，日本的科学家团队在工程学院（College of Engineering）由稲住慎也教授（Professor Shinya Inazumi）领导，提出了一种可持续替代方案：一种基于地聚合物的高性能土壤固化剂，它由建筑废料副产品裁边粉末和来自回收玻璃的土壤二氧化硅开发而成。这项突破性创新提供了一种减少对水泥依赖的替代方案，同时将建筑废物转化为有价值的建筑资源。他们的论文于2025年4月21日在网上发布，并于2025年5月1日刊登在《清洁工程与技术》期刊第26卷中。
裁边粉末与土壤二氧化硅的结合形成了一个基于地聚合物的固化剂，能够将土壤的抗压强度提升到超过160 kN/m²的建筑级阈值。在110°C和200°C对裁边粉末进行的热处理是一个关键步骤，有效提高了其反应性并在不牺牲材料性能的前提下减少了材料的使用。“这一研究代表了可持续建筑材料的重大突破，”稲住教授指出。“通过使用两种工业废料，我们开发出一种不仅符合行业标准，还解决建筑废物和碳排放双重挑战的土壤固化剂。”
这项研究的一大亮点是其环境安全的处理方法。环境评估最初识别出了与砷浸出有关的担忧，这部分归因于土壤二氧化硅中回收玻璃的含量。然而，稲住教授解释说：“可持续性绝不能以环境安全为代价。最重要的是，我们识别并解决了潜在的环境问题：当在初步配方中检测到砷浸出时，我们证明了通过加入氢氧化钙，能够有效减轻这一问题，形成稳定的氢氧化钙砷酸盐化合物，确保完全符合环境要求。”
这一解决方案提供了众多实用应用，具有广泛的现实影响。稲住教授表示：“在城市基础设施发展中，我们的技术可以在不依赖碳密集型普通硅酸盐水泥的情况下，稳定道路、建筑物和桥梁下的弱土壤。这在普通粘土土壤问题严重的地区尤为宝贵，因为常规的稳定方法成本高昂且对环境负担较重。”
易受灾害影响的地区可以利用这些材料进行快速土壤稳定，已展示出良好的可操作性和设置时间，适合应急响应的需求。此外，发展中国家的农村基础设施项目可以利用这些材料来创建稳定的土块作为建筑材料，提供火砖或混凝土的低碳替代品。
这些影响跨越多个行业。对于面临日益增压的建筑行业而言，地聚合物固化剂提供了一种超越传统方法性能的替代方案，同时减少了碳足迹。对于岩土工程公司而言，它在硫酸盐侵蚀、氯离子侵入和冻融循环下的耐久性证明其可在苛刻和侵蚀性环境中使用。
此外，通过降低普通硅酸盐水泥的使用，这项技术支持那些旨在满足绿色建筑认证和碳减排目标的建筑项目。它还有可能使开发者在实施碳定价机制的国家获得环境激励，从而进一步提高其经济可行性。
稲住教授强调了他工作背后的更大愿景：“通过从易得的废弃物流中开发地聚合物固化剂，我们不仅提供了一种可持续的工程解决方案，还重新定义了我们在资源有限的世界中如何看待工业副产品。”
这些发现指向了可持续建筑实践的变革转变，潜在地将数百万吨建筑废物转化为有价值的资源，同时减少与水泥生产相关的碳足迹，后者目前占全球CO₂排放的7-8%。随着全球对基础设施需求的持续上升，创新技术在构建一个更具韧性和负责任的未来中发挥着核心作用。
