将陶瓷废弃物转化为岩土工程中的循环经济解决方案

《Scientific Reports》：Transforming ceramic residues into circular economy solutions in geotechnical engineering

　　

摘要

随着人们对陶瓷废弃物处理所带来的生态问题的关注日益增加，人们开始探索将其在岩土工程中加以利用，作为一种可持续的替代方案。本研究评估了在900°C下煅烧的陶瓷废弃物（简称CW）单独使用或与2%普通波特兰水泥（OPC）混合使用，对低承载力粘土土壤改良的效果。实验中，CW的掺入比例从3%增加到18%，并通过多种指标来评估其改良效果，包括亚甲蓝值（MBV）、阿特伯格界限（LL、PL、PI）、压实度（MDD）、无侧限抗压强度（UCS）、加州承载比（CBR）以及压缩性（Cc、Cs）。研究采用了响应面方法（RSM），并结合方差分析（ANOVA）和回归建模来进行优化和预测。结果表明：当CW掺入比例为18%时，亚甲蓝值降低了59.19%；当与OPC混合使用时，压实度提高了5.57%至7.55%。在CW掺入比例为9%的情况下，液限降低了23.83%；塑性限在CW掺入比例为15%时降至21.9%，而在CW掺入比例为12%+2% OPC时降至20.45%（降低了37.71%）。最低的塑性指数（PI）出现在CW掺入比例为9%时，仅为24.06%，相比未经处理的粘土降低了约28.44%。与OPC混合使用后，加州承载比提高了351.67%。在CW掺入比例为9%的情况下，无侧限抗压强度提高了321.71%，而在CW掺入比例为9%+2% OPC的情况下，56天后该指标达到了698.76%。压缩性参数也有所改善，其中Cs和Cc在CW掺入比例为9%时分别降低了73.56%和59.49%，而在与OPC混合使用时分别降低了79.58%和72.46%。所建立的模型具有较高的预测准确性（R2值介于0.77至0.98之间，p<0.0001）。这些研究结果证实，煅烧后的陶瓷废弃物，尤其是与OPC结合使用时，是一种有效的、可持续的土壤稳定化解决方案，有助于推动循环经济的发展。