我院朱祥意博士最新科研成果發(fā)表在環(huán)境領域頂級期刊Journal of Cleaner Production

近日，我院朱祥意博士聯(lián)合河海大學的科研團隊評估了廢橡膠顆粒應用于自密實混凝土的斷裂特性及可持續(xù)性表現(xiàn)，相關成果發(fā)表在環(huán)境領域頂級期刊《Journal of Cleaner Production》（SCI源刊，中科院一區(qū)Top期刊，IF= 11.072），長沙理工大學水利與環(huán)境工程學院為第一單位。

隨著汽車在全球的廣泛使用，廢棄輪胎已成為聚合廢物的主要來源，這導致環(huán)境中不可生物降解的廢橡膠數(shù)量不受控制的逐年大幅增加，對環(huán)境造成極大危害。出于環(huán)境保護的目的，將廢棄輪胎破碎后作為骨料替代應用于混凝土中被認為是處理廢棄輪胎最環(huán)保有效的方法之一。然而，橡膠的摻入將對混凝土的強度和剛度產(chǎn)生不利影響，這主要歸因于橡膠的疏水性使其界面與水泥基質(zhì)的粘結(jié)作用較弱，其限制了橡膠混凝土在實際混凝土結(jié)構(gòu)中的普遍應用。作為一種創(chuàng)新材料，自密實混凝土能夠在無外部機械振動的情況下達到密實狀態(tài)。與傳統(tǒng)混凝土相比，自密實混凝土具有經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保三大優(yōu)點，并且由于其改善的微觀結(jié)構(gòu)和界面過渡區(qū)而有效提高了橡膠顆粒與水泥基質(zhì)的粘結(jié)效果。通過自密實技術澆筑的橡膠混凝土有望繼承自密實混凝土的優(yōu)點，如高強度和低孔隙率，以及添加橡膠的性能優(yōu)化，如高韌性，這突破了橡膠負效應限制，可以擴大這種新型混凝土的使用范圍。另一方面，作為一個快速發(fā)展的領域，斷裂力學在結(jié)構(gòu)設計中具有重要的實用價值。由于混凝土結(jié)構(gòu)在實際運行中會一直處于受力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂紋擴展不可避免，這會對結(jié)構(gòu)的安全性及使用壽命產(chǎn)生較大影響。斷裂力學在結(jié)構(gòu)設計中的應用可以顯著增加混凝土結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。因此，本文通過斷裂力學及聲發(fā)射技術研究了橡膠摻量與梁尺寸對橡膠自密實混凝土斷裂特性的影響，并基于斷裂試驗建立了考慮真實骨料與橡膠顆粒的DEM斷裂模型，可以有效表征橡膠自密實混凝土的斷裂響應，這為廢棄橡膠在大型混凝土結(jié)構(gòu)中的廣泛現(xiàn)場應用提供了理論支撐。此外，經(jīng)濟和環(huán)境效益評價表明，在自密實混凝土中加入橡膠顆粒不僅節(jié)約了成本，而且還產(chǎn)生了可觀的環(huán)境效益。

文獻引用：Zhu, X., Chen, X., Tian, H., & Ning, Y. (2023). Experimental and numerical investigation on fracture characteristics of self-compacting concrete mixed with waste rubber particles. Journal of Cleaner Production, 412, 137386. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137386.