废弃地毯纤维成混凝土强化剂 变废为宝

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來源:大紀元


2021年10月7日，阿曼苏瓦克镇在遭遇气旋风暴袭击后，民众在搬运地毯。(Mohammed Mahjoub/AFP via Getty Images)

【大纪元2024年11月18日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）全球每年有大量的地毯和其它相关的纺织废弃物，不论是焚烧还是掩埋都会环境造成严重破坏。目前，科学家们正研究将地毯中的纤维加入混凝土以增强其韧性，变废为宝。

世界上每年产生大量的地毯废弃物。在欧洲约有160万吨，其中60%进入垃圾掩埋场，剩余的进焚烧厂。在美国，地毯废料的处理量占整体垃圾处理量的3.5%。地毯纤维在焚烧和掩埋过程会产生有毒物质，严重影响环境安全。

如何对地毯中的纤维再利用，一直是科学家们思考的。今年9月《建筑和建筑材料》杂志刊登一篇论文，介绍了澳洲皇家墨尔本理工大学的团队如何将这些纤维掺入混凝土中，以增强其强度和韧性。该研究成果11月12日公布在该校的新闻社上。

澳洲皇家墨尔本理工大学（RMIT University）研究团队与澳洲纺织品回收协会、维多利亚州议会等合作，利用废弃地毯中的纤维增强混凝土性能，使其在铸造时产生的收缩裂缝减少了30%。

研究人员将地毯常用的尼龙（Nylon）、聚丙烯（PP）、聚酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维加入混凝土，并铸造成圆柱和方形柱。之后对他们进行压缩、弯曲、劈裂拉伸、干燥收缩的测试以观察结果，并进一步对改良的混凝土实行优化。

结果显示，当亲水性的PTT纤维、疏水性聚酯、PP纤维使用的体积比，从0.3%增加到0.5%时，混凝土的可加工性出现明显的下降。

他们还观察到，混凝土加入四种地毯纤维静置干燥时间越久（7天到90天），抗压强度就略为提升，但纤维使用比例若从0.3%增加到0.5%时，会让混凝土的抗压强度降低、抗弯强度与拉伸强度上升。不过，含有较粗PTT和纤维的混凝土，会因为增加纤维的使用量，降低凝土的拉伸强度。

此外，四种纤维加入混凝土，都可以减少混凝土的收缩量，这有助于混凝土在铸造和干燥过程中减少内部细小开裂。另外，这些纤维也能降低混凝土孔隙率，且随着固化时间增加，混凝土的整体孔隙率会更低，但较粗的纤维容易造成更多孔隙降低混凝土的致密度，使其内部出现细小的裂缝。

该团队还得到混凝土加入尼龙、聚酯和PTT地毯纤维的最佳配比。当纤维长度在12毫米、体积比为0.3%时，能让混凝土获得最佳性能，但PP纤维则是在体积比为0.5%时，可以让混凝土得到最佳性能。

他们还观察到，这些纤维在混凝土中起到了桥接作用，能够增强混凝土的机械性能抵抗裂缝产生，但使用过多的纤维则容易导致纤维结成团块，这些团块会增加混凝土的裂缝，并降低其收缩性能和机械性。

研究人员表示，这项研究的目的是让大家知晓，纤维哪些比例能够有效增加混凝土的强度。未来会研究如何让更多的纤维增加混凝土的性能，以提高废弃纤维的应用范围，并减少废地毯被焚烧和掩埋的命运。

澳洲皇家墨尔本理工大学（RMIT University）的首席研究员查米拉·古纳塞卡拉（Chamila Gunasekara）博士对该校的新闻室表示，混凝土在铸造过程中，容易因干燥出现体积缩缩和产生细小裂缝，这些裂纹会导致混凝土出现过早腐蚀，且危及其结构完整性和安全性。“我们发现这种废地毯纤维，可以让混凝土的拉伸强度提高40%，并减少混凝出现收缩和裂纹过多的问题。”

该校纺织和材料科学家沙迪·胡希亚尔（Shadi Houshyar）博士则补充说，“目前有高达70%的纺织废料，可以转变成为混凝土里的可用纤维。”