利用回收轮胎废料和火山灰添加剂优化绿色混凝土的力学性能：一种可持续的建筑方法

《Next Materials》：Optimizing mechanical properties of green concrete using recycled tire waste and pozzolanic additives: A sustainable approach for construction

基于轮胎橡胶和纤维增强的环保混凝土研究通过融合3%-7%轮胎橡胶、0.1%-0.5%钢纤维及0.2%聚丙烯纤维与微硅灰，显著提升混凝土抗震性能达19.1%，同时优化配比使抗压强度达67.2MPa，成本降低0.8%且碳排放接近传统混凝土。

　　

Arian DarvishaliNezhad | Seyed Hosein Ghasemzadeh Mousavinejad

摘要

废弃轮胎的不断增加以及水泥生产过程中产生的大量二氧化碳（占全球二氧化碳排放量的近8%）对环境构成了重大挑战。每年有数十亿个轮胎被丢弃，而这些轮胎不可生物降解，因此会带来长期的污染风险。这促使建筑行业寻求可持续的替代方案。本研究通过添加回收轮胎橡胶、钢纤维、聚丙烯纤维和微硅来开发环保型混凝土。这些添加物不仅提升了混凝土的性能，还解决了废物处理和碳足迹的问题。实验中，分别按重量添加了3%、5%和7%的橡胶粉，按体积添加了0.1–0.5%的回收钢纤维以及0.2%的聚丙烯纤维，并与微硅结合使用，以改善混凝土的力学性能。结果表明，橡胶的使用会降低混凝土的抗压强度（R7值从6.83 MPa降至6.66 MPa，降幅达89.7%）；但同时其延展性和能量吸收能力提高了19.1%，使其适用于抗震应用。微硅和钢纤维增强了混凝土基体的凝聚力，其中S5配比的混凝土抗压强度达到了69.67 MPa，比对照组高出4.6%。遗传算法和人工神经网络（均方根误差为2.36 MPa）有助于优化混凝土配合比设计。最佳配方为：3.79%的橡胶粉和0.2%的聚丙烯纤维。这种混凝土的抗压强度达到了67.20 MPa，成本为115.92美元/立方米，比传统混凝土低8%；同时其二氧化碳排放量仍保持在358.57千克/立方米，与标准混凝土（356.35千克/立方米）相当。该方法实现了废弃轮胎的再利用，降低了成本，并保持了混凝土的性能。通过将回收材料与计算建模相结合，本研究提供了一种高性能、环保的混凝土解决方案。研究结果支持循环经济理念，为基础设施的可持续发展提供了实用的可持续替代方案。