Synergistic effects of recycled concrete aggregate and spherical nickel slag on abrasion resistance, acoustic attenuation, and environmental efficiency of porous concrete
本研究表明，将再生混凝土骨料与球形镍渣掺入多孔混凝土中，能够优化耐磨性、声衰减性能与环境可持续性之间的平衡，并确定了特定的混合比例分别作为侧重于耐久性或降噪应用的理想选择。
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城市在不断地重塑自我，随着每一栋新建筑和每一条新道路的建成，大量的旧混凝土被拆除并丢弃。与此同时，重工业产生了大量的废弃材料，例如金属熔炼后留下的矿渣。传统上，这些材料最终都会进入填埋场，占用空间并带来环境风险，而建筑业则继续挖掘新鲜的河石和砾石来制造新的混凝土。这种循环是不可持续的。工程师们正在寻找将这些废弃物转化为有价值的建筑构件的方法，创造出不仅能节省资源，而且性能优于传统选项的材料。其中一种材料是多孔混凝土，这是一种看起来像海绵一样的特殊铺路材料。它不像实心、不透水的表面，而是充满了微小的、相互连接的小孔，让雨水可以直接渗入其中，从而减少洪水并补充地下水。由于这些孔洞的存在，它还可以作为天然的隔音屏障，吸收交通噪音而非将其反射回空气中。然而，制造这种材料非常困难。正是那些让它在排水和隔音方面表现出色的孔洞，往往也使其变得脆弱，导致表面在轮胎的重量下发生崩解。
印度尼西亚哈桑努丁大学的研究人员通过测试一种新型的多孔混凝土配方，试图解决这个难题。他们想看看是否可以将两种废弃材料混合在一起，创造出一种既足够坚固耐用又足够多孔的铺路材料。研究团队采用了两种特定的废弃产品：再生混凝土骨料（即破碎成小石块的旧混凝土）和球形镍渣（这是镍熔炼的副产品，经过快速水冷后形成光滑、圆润的球体）。他们制作了六种不同的混凝土批次。有些只使用天然河石，有些只使用再生混凝土，有些只使用镍渣，其余的则使用了这些材料的各种组合。为了确保测试公平，他们在每批次中保持水泥和水的用量完全相同，仅改变所使用的石材类型。随后，他们将这些混凝土圆柱体进行了一系列严格的测试，以观察它们的重量、孔隙率、抗磨损能力以及吸收声音的效果。他们还计算了制造每批混凝土的环境成本，测量了从原材料开采到混凝土离开工厂过程中所产生的碳排放和能量消耗。
结果揭示了一个关于石材形状和密度如何改变混凝土的清晰结论。当研究人员使用光滑且沉重的镍渣时，混凝土变得明显更加致密和沉重，但也失去了大部分孔隙率。圆形的球体挤压得太紧密，导致水分流动的空间变小。相比之下，将天然石材与粗糙、棱角分明的再生混凝土相结合的混合物，创造了最孔隙化的结构，拥有最高体积的互连孔洞。这种高孔隙率被证明是声学性能的关键。孔洞最多的混合物比其他任何混合物都能更好地吸收声音，在某些频率下甚至达到了捕捉几乎所有入射声能的水平。这表明，对于降低交通噪音而言，更开放、更通透的结构更为优越。然而，这种开放性也带来了权衡。最具孔隙性的混合物在抗磨损方面也是最弱的。当放入一台模拟轮胎磨损动作的机器中时，这种混合物损失的质量最多，掉落了碎石和砂浆。
最令人惊讶的发现来自于结合了再生混凝土和球形镍渣的混合物。这种特定的配比被研究人员称为 RS50，它实现了最佳的平衡。它既不是孔隙率最高的，也不是最轻的，但它被证明是最耐用的。在接受同样的磨损测试时，它损失的材料最少，比其他混合物更能保持形状。光滑、坚硬的镍渣球体似乎起到了强力骨架的作用，将粗糙的再生石材锁定在原位，防止它们被撞松。这种组合创造了一种既能承受磨损，又能维持足够功能性孔隙率的坚韧结构。从环境角度来看，用再生混凝土和工业矿渣替代天然河石，显著降低了混凝土的碳足迹和能源成本。生产再生材料所需的能量远低于开采和破碎新石材。然而，研究也指出，用于将一切粘合在一起的水泥仍然是环境影响最大的来源，无论使用何种石材，在每一批次中都占据了绝大部分的碳排放。
最终，研究表明并没有一种“完美”的混合物可以胜任所有工作。如果目标是建造一个安静的人行道或是一个以吸音为优先的隔音屏障，那么含有最多再生混凝土和天然石材的混合物是最佳选择，因为它能创造出最有效的吸音海绵。但如果铺路需要承受重型交通或频繁使用，对耐用性要求极高，那么再生混凝土与球形镍渣的混合则是更优的选择。考虑到耐用性，这种组合提供了最佳的环境表现，证明了废弃物可以通过工程手段协同工作。通过仔细选择和混合这些工业副产品，工程师可以创造出不仅对地球更友好，而且比传统材料更坚固、更高效的多孔混凝土。这项研究表明，可持续基础设施的路径不仅在于使用废弃物，还在于理解不同的废弃材料如何相互作用，从而创造出整体大于部分之和的卓越成果。
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