利用回收热塑性塑料稳定压缩土块：关键参数的实验研究

《Scientific Reports》：Stabilization of compressed earth blocks using recycled thermoplastics: experimental study of key parameters

　　

摘要

建筑行业是全球资源枯竭和环境污染的重要原因，这主要是由于该行业依赖水泥和烧制黏土等高能耗、高耗水材料。此外，塑料垃圾的不断增加以及淡水资源的日益匮乏也带来了严重的可持续性挑战。这些相互关联的问题凸显出迫切需要开发创新、低碳且节水的建筑材料。在各种可持续建筑方案中，土工建筑是一种可行的选择，它利用天然、本地可获得的材料，对环境的影响极小。本研究通过引入回收的热塑性稳定压缩土块，提供了一种无水泥、低水耗的替代方案，这种土块是在传统材料中加入粉碎后的回收塑料并经过加热处理而成。实验共设计了54种混合配方，原料包括土壤、沙子、砾石、石灰、水和塑料，其中石灰的比例固定为10%。关键变量包括塑料含量（5%、10%、15%）、含水量（10%、12.5%、15%）、土壤与沙子的比例（1:1和1:1.25）以及砾石的比例（5%、15%、25%）。对这些土块进行了干抗压强度、湿抗压强度（即浸泡水后的强度）以及热导率的测试。结果显示，土壤与沙子比例为1:1时性能最佳，其干抗压强度可达9.93 MPa，湿抗压强度为4.08 MPa，热导率最低为0.27 W/m·K。统计分析表明，塑料含量对干抗压强度的影响最大，而土壤与沙子的比例则影响湿抗压强度。含水量是对热导率影响最大的因素，其他变量则影响较小或没有显著影响。通过筛选，得到了三种性能优异的混合配方，石灰含量为10%，含水量为10%，塑料含量为10%，砾石比例分别为5%、15%和25%。这些配方依次通过了各项性能测试，最终形成了具有良好结构性能、更高耐久性和优异热性能的理想组合。初步的经济评估显示，这种新型土块的成本与传统混凝土砖相当。不过，这一评估仅考虑了原材料成本，未涵盖全生命周期成本或环境影响分析。该研究避免了使用水泥，并利用了回收塑料废物，但尚未对碳减排效果或环境效益进行定量评估。