深思远虑，践履笃行，让建筑固废可循环利用成为一种新潮流︱走近科学

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同济大学土木工程学院建筑工程系主任肖建庄教授牵头完成的“建筑固体废物资源化共性关键技术及产业化应用”项目荣获2018年国家科技进步二等奖的消息公布后，由于该项目关切建筑固体废弃物处理这一社会热点，包括央视在内的多家媒体都希望约访肖建庄，但朴实低调的肖建庄大多婉拒了这些采访邀约。时隔两年，当《世界科学》特邀记者江世亮为市科委重大科研成果科普化项目联系约访肖建庄时，或许是念旧情（笔者曾在2006年采访过获得启明星跟踪计划的肖建庄），肖建庄爽快答应了。

肖建庄在国家科学技术奖励大会现场

见面是在2021年农历春节前的几天，在同济大学土木工程学院那幢独具特色的钢结构大楼内。肖建庄与我十几年前所见容颜上没太多变化，除了鬓角间多了不少白发。十几年前那篇采访用的标题是“为再生混凝土操心的人”，操心者华发早生也属自然。为了宣传建筑固废再生利用事业，低调的肖老师再次接受了我的采访。

一个人愿意改变自己定是有缘由的。以笔者的理解，这一改变的部分原因来自肖建庄对项目本身的自信和底气，系统思考后可以说的东西更多了；还有部分原因是他深感建筑固废资源化应用的推进，亟需大家一起呼吁管理层和广大用户转变理念和观念，这就需要更多科普和传播力量的参与。笔者也因此成了受益者，有机会细掰、咀嚼这项国家级科研成果。

01

敏锐的学术感知让肖建庄走上了建筑固废资源化利用之路

首先项目名称“建筑固体废物资源化共性关键技术及产业化应用”，顾名思义，就是对拆除后的废弃混凝土等建筑固废如何加以利用。为了走通这条路，肖建庄教授团队经历了理念创新、理论建构、技术研发、工程示范、产业化推动等多阶段、多层面的实践、探索。

肖建庄和建筑固废打交道已近20年。这些年来目睹中国建筑产业勃兴引发的大拆快建潮，带来堆积如山的建筑固废，光是运输、填埋这些建筑固废就要消耗极大的能源和土地资源，而与此同时国内的砂石资源日渐匮乏，砂石过量开采造成了巨大环境影响，这些建筑业发展的困境促使混凝土研究者另辟蹊径，敏锐的学术感知让肖建庄走上了建筑固废资源化利用之路，确立了他的学术研究方向。

02

敬畏自然，就是要把大自然的材料充分利用好

如果说对不可再生资源的珍惜是肖建庄走上这条建筑固废资源化利用之路的直接动因的话，那么日后他能在这条路上百折不挠走下去还应该有某种文化和信念的支持。

事实亦是如此，肖建庄的思考是从其专业的立身之本——土和木开始的。

在肖建庄看来，建筑的拆、建都是很自然的。中国五千年社会发展中很长阶段的建筑拆、建没有带来显著的资源、环境问题，是因为当时的建筑材料多为易化解于大自然的土和木。今天的大城市常被称为钢筋混凝土森林，尽管大量的建筑、公路、桥梁为人类文明进程和社会生活提供了保障，但肖建庄从反思的角度看，当前的建筑思维过于强调人类自身，重视对自然界的地震、火灾、风灾、水灾等各种自然灾害的抵御，而很少念及建筑对自然的影响。

国内外都有研究指出，某一地块上建了一幢楼这件事本身对原先在这块土地上生活的动植物、微生物，以致整个周边生态环境是有影响的，干扰了这个地块上生存物种的生境。但作为人类，具体到建筑设计者、施工者和使用者很少会考虑在这块地域上的其他生物的感受。我们的祖先实际上对此是有忌讳的，现在重提敬畏大自然其中也应该包含应尽可能减少对大自然的干扰。“可持续发展”一定是人类社会与自然的同步可持续，人类已经欠大自然太多了，一味向大自然索取不是可持续之路。

肖建庄从土木工程专业研究者角度理解，所谓敬畏自然就是要把大自然的资源充分利用好，切忌随意用之、随意弃之，减少索取、避免污染。

03

建筑材料、建筑废弃物一定要循环利用，一定要物尽其用

混凝土这一术语在业内常简写成“砼”，拆分后就是人、工、石三个字。肖建庄强调混凝土不是天然材料，而是取自大自然的砂、石、水、石灰石等原料，经加工而成的人工材料。

如今中国的砂石和水泥的用量都已经占到世界的50%以上，而每生产一吨水泥就要排放一吨二氧化碳。我国又是建筑大国，建筑业是支柱产业，世界没有一个国家有中国今天这样的建设速度。

现在越来越多的国人已经意识到目前的建造方式对环境是不友好的，也是难以持续的，因此强调绿色建筑、绿色建造已到了时不我待的地步。

肖建庄反思后形成了这样的理念：

建筑材料、建筑废弃物一定要循环利用、物尽其用。建筑废弃物本无垃圾一说，称其为垃圾是因为拆除时不加区分，不做拆解，一股脑把所有的建筑废弃物混在一起才称其为垃圾。

其实业内外有肖建庄这样想法的学者不乏其人。肖建庄能坚持下来，而且能从学术做到技术、做到工程、做到产业，且影响越来越大，关键是他和他的团队赶上了重视绿色发展的好时代。

用肖老师的话来说：

20年前，他们研究废弃混凝土资源化利用时没有想到绿色发展会成为国家战略，也没有想到在过去几年里国家会实施砂石限采、禁采政策，现在有些地方的河砂有钱也买不到，周边国家也已经不向中国出口河砂。这些对建筑固废再利用都是利好，也更说明现在已经到了必须要十分重视、下大力气解决建筑固废难题的时候了，而当前开展建筑固废资源化利用研究与应用可谓正逢“天时地利人和”。

04

揭示普通混凝土和再生混凝土的统一性，发展了混凝土结构基本理论

有了理念就要有理论指导。肖建庄认为虽然是同废弃物打交道，但固废资源化利用的理论和学术意义绝对不低。

建筑固废再生骨料的来源、结构、成分相对于天然砂石是有明显区别的。相比欧美等国的再生骨料制备高度依赖于前期的分选，我国建筑固废处置过去主要沿用传统的矿山开采工艺和装备，作业方式多采用爆破、破碎，快速城镇化更是催生了较为粗放的拆除方式，预分选的缺乏也导致国内建筑固废量大（每年约30亿吨）、面广（来源于建筑、道路、市政、隧道等）、成分复杂（往往是混凝土、砖、瓦、木材、金属、塑料等的混合物）的现状，这是长期以来我国建筑固废无法高效资源化处置的根本原因。

前端分选的技术突破非常需要学科交叉和融合，需要基础研究和技术创新的跟进。鉴于传统拆除方法安全隐患较大、环境污染较严重，不利于我国的低碳发展之路，肖建庄提出了“拆解”的概念。将资源化“recycle”（再生）的思想向前延伸，提出了基于“reduce”（减量化）和“reuse”（再用）的绿色拆解思想，并逐步形成了混凝土建筑结构安全、高效、绿色的拆解技术。

从理论建构的角度看，肖建庄教授团队的工作是对传统混凝土材料与结构理论的传承与发展。建筑废弃物再生骨料的性能与天然砂石无论在物理结构、材料组分、力学性能等方面都有很大的差异，因而采用建筑固废资源化产品作为原料制备混凝土需要修正和发展原有的混凝土基本理论。通过多年探索实践，肖建庄教授团队提出了再生混凝土的基本思想：

依据普通混凝土和再生混凝土的相同性和差异性，揭示了两种混凝土的内在统一性。

肖建庄教授对这一思想的凝练和认识的成熟经历了两个阶段：

第一阶段的研究挖掘了普通混凝土和再生混凝土的区别，第二阶段则是找出了这两者的相同点，并在此基础上提出了普通和再生混凝土结构的统一理论。

05

在理论指导下，我国的建筑固废高效资源化实现了“从0到1”的突破

在理论指导下，肖建庄带领团队开展了基础科研，研发了建筑固废资源化的核心技术。

如针对我国成分复杂的建筑固废资源化处置难题，肖建庄提出了“先筛、再分、后破”的工艺：

“先筛”可以筛除建筑固废中的渣土和灰分；

“再分”是对不同成分的建筑固废进行分离、分拣，比如钢筋、砖瓦以及轻物质与废混凝土的分离；

“后破”能将废弃混凝土、废弃砖石破碎为粗、细骨料等适合国情和产业化应用的环境友好型再生料。

在此基础上，肖建庄教授团队制备出了一定强度等级的再生混凝土、再生砂浆，以及墙板、地砖等多种类再生制品，让建材获得第二次生命；针对再生骨料表面老砂浆“质”和“量”均难以量化的难题，提出了模型化再生混凝土概念和分析方法，指导了再生混凝土制备设计和多路径应用。在理论指导建筑固废资源化工艺和装备研发的过程中，确立了再生建材标准化和产业化应用的理论基础。

这些技术、工艺还在建筑装修垃圾、渣土以及尾矿等资源化处置领域得以扩展应用，带动了企业的技术创新和落地推广。在技术推广的过程中，肖建庄带领团队积极与产业链上的上、中、下游重点企业对接，进行全国范围的实地调研，并基于此进行大量的试验，使得他们的新理论和新技术能够真真切切地破解企业的技术难题和后顾之忧。

就这样，在肖建庄团队以及众多同行的共同努力下，我国的建筑固废高效资源化实现了“从0到1”的突破，显著提高了资源化利用效率；同时形成了再生建材规模化推广，初步完成了标准化产业化应用。

06

示范项目表明：经过合理设计后再生混凝土可以应用到工程中

肖建庄教授团队凭借“建筑固体废物资源化共性关键技术及产业化应用”获得国家科技进步二等奖，这其中再生混凝土应用技术攻关与示范落地是关键环节。

2006年笔者访问肖建庄时，得知他们已在同济大学校园内用再生混凝土建造了一段150米的示范样板路。时隔15年，目前的再生混凝土使用示范进展情况如何也是笔者关注的内容。

肖建庄对当年（2004年）他们在同济园内建造这条示范样板路的情景还历历在目。目前全国像这样的样板路数不胜数，但这段150米的样板路，如“星星之火”燎起了我国的建筑固废资源化的系统研究和工程应用之势。现在不仅有再生混凝土的普通道路，而且有再生混凝土透水道路，再生混凝土在乡村公路、城市道路甚至高速公路的建设中都得到了广泛应用。

示范落地过程的几个标志是：从校内150米的示范路到校外交通主干路，从乡村道路到城市主干道（上海临港新城滴水湖附近一段主干路），从道路到房屋，从低层建筑到高层建筑。

再生混凝土结构高层建筑（2016年竣工）

再生混凝土办公建筑（2020年竣工）

全再生混凝土科普馆（2021年在建）

特别值得一提的是，在建筑固废资源化技术日渐成熟的基础上，肖建庄团队近年来又将研究重心瞄准了再生混凝土在结构工程中的应用，解决了诸如再生混凝土的材料高性能化、结构设计和施工等关键技术瓶颈。

如团队在上海市科委创新行动计划项目支持下，与上海城建集团合作，完成了从材料到设计到施工的再生混凝土高层结构建造（位于五角场地区），保证了结构安全，近4年的监测表明：该结构完全满足国家有关设计规范要求。

肖建庄希望这些示范项目能够起到对后续研究的支撑和佐证作用，同时也希望这些示范项目有助于结构设计方法从原先的安全性、可靠性为主，向今后关注减碳和可持续性的绿色建筑、绿色建造方向转变。

近期，肖建庄团队受邀在专业学报上发表了有关建筑拆解和可持续性理论架构方面的论文。团队联合主编了国内第一本再生混凝土结构设计行业规程《再生混凝土结构技术标准》（JGJ/T 443-2018）， 并修订了2007年主编的全国第一本再生混凝土应用技术规程，该规程《再生骨料混凝土应用技术标准》（DG/TJ 08-2018-2020）已在上海颁布实施。

07

中国资源化利用水平相对于发达国家仍有差距

国际上建筑固废资源化利用这一领域的情况也是笔者想了解的话题。肖建庄对此的判断是：

建筑固废资源化利用也是国际土木工程领域的热点，每年都会有建筑固废资源化相关国际会议和学术交流，这其中中国的参与度和分量在逐年增加。

但不得不承认当前中国的资源化利用水平相对于发达国家仍有一定差距，且大多数固废并没有做到物尽其用。

肖建庄团队的年轻学者段珍华副教授、丁陶老师、刘琼老师和赵增丰老师，他们的境外履历和学术交流，印证了肖建庄的判断：

过去国际上（如欧盟）资源化利用总体水平高于国内，但现在我们在有些技术方面已经后来居上。国外建筑固废成分没有我国那么复杂，而且目前他们再生骨料的利用主要是在道路工程中。

尽管存在差距，但因为中国的需求体量和这些年在这个领域迅猛的发展势头让国际同行越来越看重中国，相关的国际合作也在积极推进。

近年来，肖建庄当选了国际再生混凝土结构行为与创新技术委员会主席，主持了中日、中巴、中英等国际合作项目。其中中日项目主要是结合建筑固废再生骨料的特点，与国内高校、研究院、企业以及日本的相关高校一起合作将建筑固废资源化应用于海绵城市建设中；而中巴国际合作项目则是贯彻“一带一路”理念，将中国开发的再生混凝土结构设计方法推广应用至巴基斯坦的工程中。

肖建庄团队部分成员参加学术交流会（2020年）

08

算好建筑固废资源化利用的资源账、环境账、生态账

肖建庄教授团队获奖成果涉及两方面，一是共性关键技术的突破，二是产业化应用，这两块都是硬骨头，能啃下来也是肖建庄团队十几年孜孜以求的结果。

但接下来如何继续往前走，还有哪些瓶颈要攻克？肖建庄坦言过去的成果只是新的工作起点，接下来他们团队将打造再生混凝土技术的2.0版本，并已经获得了2019年度山东省科技进步一等奖和2020年度中国建筑材料联合会基础研究类一等奖。尽管上海在建筑固废资源化领域走在国内前列——一个标志是上海自2019年已经规定C25及以下强度等级混凝土再生骨料取代率不得低于15%，交通基础设施工程使用再生骨料取代率不得低于30%——但从工程设计、监理到验收几个环节仍存在一定程度的困难，其中最核心的还是需要得到投资方和业主的认可。

这就是为什么前面肖建庄提到需要更多的科普，这里所谓科普就是要向业主和施工方讲清楚用了再生料的好处在哪里，让业内人士和用户放心。

肖建庄对比普通混凝土和再生骨料混凝土这两种物料算了一笔账：

在上海，天然石子的价格是每吨120元左右，而采用再生石子每吨可节约50元左右；采用再生砂的骨料成本节约还要更为显著。当然用了再生骨料，水泥的用量会略有增加，所以经合理设计后，再生骨料混凝土的总体成本略低于普通混凝土。

当然经济账是一种算法，更要算的是建筑固废资源化利用的资源账、环境账、生态效益账。

肖建庄团队通过对再生混凝土结构从材料开采、建造施工、使用维护、拆除处置的全生命周期进行可持续性评价，证实了建筑固废资源化利用具有显著的环境及社会效益。

09

减碳降耗，助力“碳中和”“碳达峰”

2020年底召开的中央经济工作会议把减碳降耗，做好碳达峰、碳中和作为重要任务之一。会议要求从根本和源头上作出部署，明确加快调整优化产业结构、能源结构，继续打好污染防治攻坚战等。从以上对“建筑固体废物资源化共性关键技术及产业化应用”这一项目的介绍及其效果看，肖建庄及其团队所做的客观上就是在助力碳达峰和碳中和这一国家目标的实现。

肖建庄也希望通过这篇报道向社会传递这样的信息：采用再生混凝土、经合理设计的建筑是安全可靠的、经济上也不会增加支出。而如从整个建筑的生命周期分析、成本分析对比下来，用再生材料的意义主要体现在对环境的友好，减少了天然矿山的开采，减少了填埋的成本，减少了建筑过程中的碳排放，大幅降低了运输过程中的能耗。

在访谈中，肖建庄多次提到感恩一词：感恩这个时代，把绿色发展作为国家战略；感恩师长和专家，长期以来的指导和关心；感恩同事和学生，陪伴他经历了许多失败，也突破了一些技术上的瓶颈；感恩国内外的同行学者，大家彼此鼓励、携手共进。肖建庄祈盼在全社会的共同努力下，最终能解决建筑固废资源化问题，充分利用自然资源，推动我国建筑业的可持续发展，助力人类社会与自然生态的和谐共生。

“世界科学”联合“赛先生”微信公号，在上海市科学技术委员会资助下，开辟“走近科学”栏目，对获得国家及上海市科技奖励的成果进行科普化报道。本篇报道围绕2018年国家科技进步二等奖“建筑固体废物资源化共性关键技术及产业化应用”项目展开，该奖项由同济大学土木工程学院建筑工程系肖建庄教授领衔的团队获得。

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