Оптимизация сейсмических характеристик фибробетона методом TOPSIS

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8204 (2023) Цитировать эту статью

394 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Для обеспечения устойчивой окружающей среды и решения проблемы загрязнения промышленные отходы можно использовать в бетонных композитных материалах. Это особенно полезно в местах, подверженных землетрясению и более низкой температуре. В этом исследовании пять различных типов отходов волокна, таких как отходы полиэстера, резиновые отходы, отходы минеральной ваты, отходы стекловолокна и отходы кокосового волокна, использовались в качестве добавки в 0,5%, 1% и 1,5% по массе в бетонной смеси. Свойства образцов, связанные с сейсмическими характеристиками, были исследованы путем оценки прочности на сжатие, прочность на изгиб, ударную вязкость, прочность на разрыв и теплопроводность. Результаты показали, что ударная вязкость бетона значительно улучшилась за счет добавления в бетон армирующей волокна. Прочность на разрыв и изгиб значительно снизились. На теплопроводность также повлияло добавление полимерных волокнистых отходов. Для изучения изломанных поверхностей был проведен микроскопический анализ. Чтобы получить оптимальное соотношение смеси, использовался метод многофакторной оптимизации для определения желаемого уровня ударной вязкости при приемлемом уровне других свойств. Резиновые отходы оказались наиболее привлекательным вариантом, за ним следуют отходы кокосового волокна для сейсмического применения бетона. Значимость и процентный вклад каждого фактора были получены с помощью дисперсионного анализа ANOVA (α = 0,05) и круговой диаграммы, которая показала, что фактор A (тип волокна) вносит основной вклад. Подтверждающее испытание было проведено на оптимизированных отходах и их процентном содержании. Для разработанных выборок использовался метод порядка предпочтения подобия идеальному решению (TOPSIS) для получения решения (образца), наиболее близкого к идеальному по заданному весу и предпочтениям в принятии решения. Подтверждающий тест дает удовлетворительные результаты с погрешностью 6,68%. Была оценена стоимость эталонного образца и образца отработанного армированного резиной бетона, которая показала, что объем на 8 % выше при использовании отходов, армированного фибробетоном, примерно при той же стоимости, что и чистый бетон. Бетон, армированный переработанным волокном, потенциально полезен с точки зрения минимизации истощения ресурсов и отходов. Добавление отходов полимерного волокна в бетонный композит не только улучшает сейсмические характеристики, но и снижает загрязнение окружающей среды отходами, которые не имеют другого конечного использования.

Экологические проблемы и энергоэффективность являются двумя основными проблемами современности. Бетон является вторым наиболее широко используемым материалом в мире1. Согласно отчету Всемирного делового совета, на человека ежегодно используется 3,8 тонны бетона2. Использование цемента в больших количествах оказывает серьезное воздействие на окружающую среду, поскольку производство бетонных материалов приводит к выбросам углекислого газа (CO2), а цемент обладает высоким уровнем токсичности, что вредно для жизни человека. Производство цемента является причиной 7% общих антропогенных глобальных выбросов CO2 во всем мире3. Из-за неэкологической природы цемента исследователи исследуют альтернативные материалы, которые могут быть экологически чистыми. Есть много попыток решить эту проблему. Одним из вариантов является полная замена бетонной детали другими материалами, но полная замена невозможна, поскольку бетон имеет неоспоримые преимущества. Частичная замена бетонной составляющей другими экологически чистыми материалами является практичным решением этой проблемы. Бетон имеет и другие недостатки, такие как растрескивание, рассыпание и хрупкость, помимо того, что он неэкологичен. Чистый бетон слаб по прочности на растяжение, хотя обладает высокой прочностью на сжатие. Чтобы предотвратить экологическую катастрофу, возникающую из-за крупномасштабного использования цемента, бетонная промышленность заинтересована в сокращении выбросов CO2, переработке ресурсов и разработке альтернативных долговечных материалов. Фибробетон (FRC) является одним из самых дешевых и надежных методов для современной строительной отрасли, поскольку волокна из отходов используются для частичной замены цемента, чтобы обеспечить требуемые сейсмические характеристики при минимизации затрат. Использование волокон/отходов приводит к снижению потребления цемента, что помогает в строительстве доступного жилья. Многие тонны отходов производятся отраслями промышленности, которые не имеют конечного использования. Естественное разложение этих отходов занимает очень много времени, и этот тип отходов остается на свалке. К таким промышленным отходам относятся полиэстер, резина, хлопок, пластик, минеральная вата, стекловолокно, нейлон и т. д. Разложение полиэстера занимает почти 20–200 лет, резины – 50–80 лет, минеральной ваты – 1–5 лет, стекла волокна занимают 4000–5000 лет. Этот вид промышленных отходов можно использовать в качестве арматуры в строительных отраслях. Использование отходов в строительстве – хороший шаг на пути к экологичному строительству. Многие исследователи работают над использованием этого вида отходов в строительной отрасли4,5,6.