环境暴露对锡渣聚合物混凝土长期抗拉强度的影响机制及可持续建筑应用研究

本研究针对传统混凝土资源消耗大、污染严重的问题，创新性地采用锡渣(TS)和聚酯树脂(UPR)制备锡渣聚合物混凝土(TSPC)，系统考察了室内、户外及工业环境12个月暴露后其劈裂抗拉强度变化。结果显示工业环境组强度达10.36 MPa，较室内(7.92 MPa)和户外组(8.37 MPa)提升显著，应力-应变曲线呈现典型脆性断裂特征，为可持续建筑材料开发提供重要数据支撑。

　　

随着全球人口增长和灾后重建需求激增，建筑业面临资源短缺与环境污染的双重压力。传统水泥混凝土生产消耗大量自然资源并排放温室气体，而天然骨料开采加剧生态破坏。在此背景下，马来西亚理工大学的研究团队将目光投向工业废料——锡冶炼过程中产生的锡渣(TS)，通过将其与不饱和聚酯树脂(UPR)以30:70比例复合，开发出具有环保特性的锡渣聚合物混凝土(TSPC)。此前研究表明，TSPC的压缩强度可达58.21 MPa，媲美传统混凝土，但其在长期环境暴露下的耐久性尤其是抗拉性能尚未明确。这项发表在《Next Sustainability》的研究，首次系统揭示了不同气候条件下TSPC劈裂抗拉强度的演变规律。

研究团队采用ASTM C496标准制备圆柱形试件，样本分为三组：实验室室内(温控28^o
C，湿度70%-90%)、户外热带气候(马来西亚柔佛州)及帕西古当工业区(高酸度、高盐度)。通过Instron 100 kN万能试验机进行劈裂试验，结合应力-应变曲线分析和断裂形貌观察，系统评估了12个月暴露后的力学性能变化。

3.1 劈裂抗拉强度
工业暴露组(IND-12)表现出最优性能，平均强度达10.36 MPa，较室内(LAB-12)和户外组(OD-12)分别提升30.8%和23.77%。值得注意的是，户外热带气候组强度(8.37 MPa)仍高于短期养护的6.08 MPa基准值，表明长期养护普遍增强材料性能。

3.2 失效模式
所有试件均呈现典型脆性断裂特征：主裂纹沿直径方向扩展导致试件二分，伴随中部碎片剥落。电子显微图像显示二次裂纹分支现象，印证了材料在峰值载荷后无塑性变形的特性。

3.3 应力-应变曲线
三组样本均显示线性弹性阶段直至峰值应力，其中工业组模量(0.657 GPa)最高。曲线后段出现陡降，仅IND-12-2试件表现出轻微应变硬化。对比分析发现户外组(0.672 GPa)刚度最优，可能与热带气候加速树脂交联有关。

该研究证实工业环境暴露意外增强了TSPC的力学性能，研究者推测高盐度、酸性环境可能促进树脂固化反应。材料表现出的完美脆性使其特别适用于需要高刚度、低变形的结构场景。从可持续发展角度看，每吨锡渣的利用可减少约1.5吨天然骨料开采，同时解决工业固废处置难题。研究团队建议后续工作应关注紫外线、干湿循环等复合环境因素的协同效应，并探索纤维增强等改性手段以提升韧性。这项成果不仅为绿色建筑材料设计提供新思路，更展示了工业共生理念在基建领域的实践路径。