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世界各地大量廢棄輪胎被丟棄或掩埋或焚燒，給氣候變化和環境污染控制帶來了更多挑戰。汽車輪胎是一個主要的全球性和日益嚴重的廢物問題。在全球，每年約有15億個汽車輪胎被丟棄，其中只有不到1%被重復使用，其余部分下落不明或被傾倒在垃圾填埋場。廢舊輪胎橡膠的處理已成為世界范圍內至關重要的生態問題。

近日，來自澳大利亞皇家墨爾本理工大學的一組工程師RMIT團隊，已經成功地用符合建筑規范的廢棄輪胎橡膠100%替代了混凝土中的傳統骨料，例如礫石和碎石，有望促進循環經濟。該團隊表示，新的更環保、更輕的混凝土還有望顯著降低制造和運輸成本。

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建筑行業的曙光

混凝土制造是高度能源和排放密集型的，因為生產它需要極高的熱量。當混凝土破裂、退化或失效時，需要更換結構，給環境帶來更大的壓力。在混凝土中回收報廢輪胎，可以保護寶貴的自然資源，并且可以部分解決當前的輪胎垃圾填埋問題。此外，用橡膠輪胎制造的混泥土，還具有更耐用的性質。

RMIT團隊將具有 20% 橡膠含量的水泥混合物，作為按體積計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，河砂為細骨料，最大粒徑為5 毫米。以體積計用于部分替代河沙的橡膠粒粒徑范圍為 1.18至2.36毫米。

據研究人員稱，這是第一個在現場實際演示和構建新的橡膠屑混凝土混合物，將工作從實驗室帶到了現實實踐上。

為了研究其在住宅環境中的實際應用，研究人員于2018年10月在南澳大利亞大學莫森湖校區澆筑了兩塊住宅樓板：一個是橡膠屑混凝土，另一個是常規混凝土。這些樓板已經監測了兩年多，并且碎橡膠混凝土板表現良好，團隊表示說。

團隊對兩種水泥板在監測過程中進行了一系列實驗，包括對其密度、抗壓度、碳化度、表面劣化等做了相應的對比，進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，隨時間變化橡膠混凝土表現出更高的增強強度，有助于保持混凝土混合物更長時間的濕潤，因此在塑料片覆蓋時導致更好的內部固化和更高的結果。

碳化度方面，橡膠對通過混凝土進入的二氧化碳沒有影響。研究發現兩種水泥的加速碳化速率并無太大差別，說明混凝土中使用橡膠不會對二氧化碳滲透到混凝土覆蓋層中產生不利影響。

干燥收縮率方面，由于混凝土中水分隨時間的蒸發，混凝土的干燥收縮率隨著混凝土年齡的增長而增加。橡膠顆粒的疏水性，在干燥時對混凝土基質內的水轉移沒有顯著影響。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變為干狀態時不影響水在混凝土基體中的轉移。

表面裂化情況方面，研究發現長達 15個月的觀察中，在混凝土中使用橡膠通常沒有不利影響。

“結果清楚地表明，在住宅混凝土市場上，橡膠屑水泥是一種可行且有前景的替代傳統混凝土，”聯合研究員Yan Zhuge 教授說。“我們強烈建議混凝土行業將碎橡膠混凝土視為澳大利亞鋼筋住宅建筑中傳統混凝土的可持續替代品。”

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傳統混凝土相比的優勢

與傳統混凝土相比，橡膠屑混凝土具有一些優越的性能：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度，最初將其用于抵抗沖擊力或振動的非結構性應用，例如鐵路枕木等。

“我們發現，在某些方面，增強型橡膠碎橡膠混凝土（以體積計可替代高達20%的沙子）優于傳統混凝土，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，以及更輕的質量，”Osama Youssf 博士說。“承包商還報告說使用橡膠屑混凝土和傳統混凝土，在泵送、修整混凝土表面等部分沒有區別，他們說橡膠屑混合物實際上在各個方面都需要更少的體力勞動。”

“我們已經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現的。”主要作者和博士 Mohammad Momeen Ul Islam 說， “該技術涉及使用新設計的鑄模來壓縮混凝土中的粗橡膠骨料，從而提高建筑材料的性能。”

據研究人員稱，這種制造過程具有很大的環境和經濟效益。“由于典型混凝土的主要部分是粗骨料，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境挑戰，”研究團隊負責人表示。“這將有利于一系列發展，包括澳大利亞農村和偏遠地區以及世界其他國家的低成本住房項目。”

在車間成功測試之后，該團隊現在正在研究加固混凝土，看看它如何在結構元件中發揮作用。專家表示，制造過程可以在澳大利亞和海外的預制混凝土工業環境中經濟高效地擴大規模。