西瓜藤废弃物用于生态多孔混凝土强度-孔隙率平衡与碱度调控的多目标优化研究

《Scientific Reports》：Watermelon vine as dual-functional additive in ecological porous concrete

　　

摘要

生态多孔混凝土（EPC）面临一个长期存在的矛盾：提供强度所需的致密水泥基矩阵会降低孔隙率，并产生碱性过高的孔隙环境（pH > 11），不利于植物生长。为应对这一问题，本研究探讨利用西瓜藤（WV）——一种丰富的农业废弃物——作为双功能添加剂，同时实现物理增强和化学碱性调节。研究建立了正交实验设计–响应面法–熵权TOPSIS综合评价的多目标配合比优化框架。结果表明，西瓜藤掺量是控制孔隙pH值的主导因素，在最佳掺量3 wt%时，14天内可将pH值降至7.6。优化后的配合比——由16–20 mm粗骨料、20 wt%粉煤灰、0.26的水胶比和3 wt%西瓜藤组成——实现了10.4 MPa的抗压强度和27.7%的有效孔隙率，且60天时抗压强度保持稳定。扫描电镜分析显示，界面过渡区致密，包含与草酸钙形态一致的结晶产物；植物发芽试验证实，60天内植被覆盖率超过80%。上述多维度证据支持了原位酸碱中和机制，表明西瓜藤作为一种可行的低成本功能性资源，在可持续建筑领域具有应用前景。