世界各地大量廢棄輪胎被丟棄或掩埋或焚燒，給氣候變化和環(huán)境污染控制帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)。汽車(chē)輪胎是一個(gè)主要的全球性和日益嚴(yán)重的廢物問(wèn)題。在全球，每年約有15億個(gè)汽車(chē)輪胎被丟棄，其中只有不到1%被重復(fù)使用，其余部分下落不明或被傾倒在垃圾填埋場(chǎng)。廢舊輪胎橡膠的處理已成為世界范圍內(nèi)至關(guān)重要的生態(tài)問(wèn)題。

近日，來(lái)自澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的一組工程師RMIT團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)成功地用符合建筑規(guī)范的廢棄輪胎橡膠100%替代了混凝土中的傳統(tǒng)骨料，例如礫石和碎石，有望促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。該團(tuán)隊(duì)表示，新的更環(huán)保、更輕的混凝土還有望顯著降低制造和運(yùn)輸成本。

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建筑行業(yè)的曙光

混凝土制造是高度能源和排放密集型的，因?yàn)樯a(chǎn)它需要極高的熱量。當(dāng)混凝土破裂、退化或失效時(shí)，需要更換結(jié)構(gòu)，給環(huán)境帶來(lái)更大的壓力。在混凝土中回收?qǐng)?bào)廢輪胎，可以保護(hù)寶貴的自然資源，并且可以部分解決當(dāng)前的輪胎垃圾填埋問(wèn)題。此外，用橡膠輪胎制造的混泥土，還具有更耐用的性質(zhì)。

RMIT團(tuán)隊(duì)將具有 20% 橡膠含量的水泥混合物，作為按體積計(jì)算的砂骨料的部分替代物。其中白云石為粗骨料，最大粒徑為10-20毫米，河砂為細(xì)骨料，最大粒徑為5 毫米。以體積計(jì)用于部分替代河沙的橡膠粒粒徑范圍為 1.18至2.36毫米。

據(jù)研究人員稱(chēng)，這是第一個(gè)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際演示和構(gòu)建新的橡膠屑混凝土混合物，將工作從實(shí)驗(yàn)室?guī)У搅爽F(xiàn)實(shí)實(shí)踐上。

為了研究其在住宅環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用，研究人員于2018年10月在南澳大利亞大學(xué)莫森湖校區(qū)澆筑了兩塊住宅樓板：一個(gè)是橡膠屑混凝土，另一個(gè)是常規(guī)混凝土。這些樓板已經(jīng)監(jiān)測(cè)了兩年多，并且碎橡膠混凝土板表現(xiàn)良好，團(tuán)隊(duì)表示說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)對(duì)兩種水泥板在監(jiān)測(cè)過(guò)程中進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，包括對(duì)其密度、抗壓度、碳化度、表面劣化等做了相應(yīng)的對(duì)比，進(jìn)而研究添加廢棄橡膠的水泥特性。

抗壓度方面，橡膠在混合物之間的不同效果歸因于每種混合物的成分和比例。由于橡膠骨料的疏水性，隨時(shí)間變化橡膠混凝土表現(xiàn)出更高的增強(qiáng)強(qiáng)度，有助于保持混凝土混合物更長(zhǎng)時(shí)間的濕潤(rùn)，因此在塑料片覆蓋時(shí)導(dǎo)致更好的內(nèi)部固化和更高的結(jié)果。

碳化度方面，橡膠對(duì)通過(guò)混凝土進(jìn)入的二氧化碳沒(méi)有影響。研究發(fā)現(xiàn)兩種水泥的加速碳化速率并無(wú)太大差別，說(shuō)明混凝土中使用橡膠不會(huì)對(duì)二氧化碳滲透到混凝土覆蓋層中產(chǎn)生不利影響。

干燥收縮率方面，由于混凝土中水分隨時(shí)間的蒸發(fā)，混凝土的干燥收縮率隨著混凝土年齡的增長(zhǎng)而增加。橡膠顆粒的疏水性，在干燥時(shí)對(duì)混凝土基質(zhì)內(nèi)的水轉(zhuǎn)移沒(méi)有顯著影響。排斥水的橡膠顆粒的疏水性有助于在混凝土基體從濕狀態(tài)變?yōu)楦蔂顟B(tài)時(shí)不影響水在混凝土基體中的轉(zhuǎn)移。

表面裂化情況方面，研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá) 15個(gè)月的觀察中，在混凝土中使用橡膠通常沒(méi)有不利影響。

“結(jié)果清楚地表明，在住宅混凝土市場(chǎng)上，橡膠屑水泥是一種可行且有前景的替代傳統(tǒng)混凝土，”聯(lián)合研究員Yan Zhuge 教授說(shuō)。“我們強(qiáng)烈建議混凝土行業(yè)將碎橡膠混凝土視為澳大利亞鋼筋住宅建筑中傳統(tǒng)混凝土的可持續(xù)替代品?！?/p>

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傳統(tǒng)混凝土相比的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)混凝土相比，橡膠屑混凝土具有一些優(yōu)越的性能：更高的抗沖擊性和韌性、更高的阻尼比、更輕的重量、更高的延展性、更好的隔熱和隔音性能。另一方面，橡膠屑混凝土具有較低的抗壓強(qiáng)度，最初將其用于抵抗沖擊力或振動(dòng)的非結(jié)構(gòu)性應(yīng)用，例如鐵路枕木等。

“我們發(fā)現(xiàn)，在某些方面，增強(qiáng)型橡膠碎橡膠混凝土（以體積計(jì)可替代高達(dá)20%的沙子）優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土，具有更高的抗沖擊性、韌性和延展性、更高的阻尼比、更好的隔熱和隔音效果，以及更輕的質(zhì)量，”O(jiān)sama Youssf 博士說(shuō)。“承包商還報(bào)告說(shuō)使用橡膠屑混凝土和傳統(tǒng)混凝土，在泵送、修整混凝土表面等部分沒(méi)有區(qū)別，他們說(shuō)橡膠屑混合物實(shí)際上在各個(gè)方面都需要更少的體力勞動(dòng)?！?/p>

“我們已經(jīng)用我們的精確鑄造方法證明了這種在混凝土中使用大量粗橡膠顆粒是可實(shí)現(xiàn)的?！敝饕髡吆筒┦?Mohammad Momeen Ul Islam 說(shuō)， “該技術(shù)涉及使用新設(shè)計(jì)的鑄模來(lái)壓縮混凝土中的粗橡膠骨料，從而提高建筑材料的性能。”

據(jù)研究人員稱(chēng)，這種制造過(guò)程具有很大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益?！坝捎诘湫突炷恋闹饕糠质谴止橇?，用舊輪胎橡膠代替所有這些可以顯著減少自然資源的消耗，還可以解決如何處理舊輪胎的主要環(huán)境挑戰(zhàn)，”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示。“這將有利于一系列發(fā)展，包括澳大利亞農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)以及世界其他國(guó)家的低成本住房項(xiàng)目?！?/p>

在車(chē)間成功測(cè)試之后，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在研究加固混凝土，看看它如何在結(jié)構(gòu)元件中發(fā)揮作用。專(zhuān)家表示，制造過(guò)程可以在澳大利亞和海外的預(yù)制混凝土工業(yè)環(huán)境中經(jīng)濟(jì)高效地?cái)U(kuò)大規(guī)模。