Beyond 28 Days: Assessing How Well 28-Day Strength Represents Long-Term Compressive Strength Development of Sustainable Concrete Containing Glass Powder and Crushed Ceramic Aggregate
本研究表明，对于含有玻璃粉和碎陶瓷骨料的可持续混凝土，尤其是当玻璃粉替代率较高时，28天抗压强度是长期强度的不可靠预测指标，因此有必要使用后期龄期测试或修正系数以进行准确的结构设计。
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混凝土是现代文明中隐形的骨架，支撑着我们的桥梁、摩天大楼和道路。然而，制造混凝土本身却付出了沉重的代价。波特兰水泥（将混凝土结合在一起的胶凝剂）的生产过程造成了全球很大一部分的碳排放。与此同时，该行业消耗了大量的天然砂石，导致河床和采石场资源枯竭。为了解决这一问题，工程师们转向了废弃材料，通过研磨旧玻璃和破碎的瓷砖来替代部分水泥和砂石。这些回收成分不仅仅是垃圾；它们具有化学活性。随着时间的推移，它们会与水和水泥发生反应，形成新的、坚固的结合，这有可能使混凝土比仅由原生材料制成的混凝土更强韧。
然而，建筑行业有着严格的时间表。几十年来，判断混凝土混合物是否合格的标准规则一直是：在恰好第28天时测试其强度。如果它在那个特定时刻通过了测试，便会被批准使用。本论文提出了一个关键问题：仅仅在28天时进行一次快照式的测试，是否足以捕捉到这些可持续混凝土的全部潜力？研究人员在使用含有玻璃粉和碎瓷片的混合物时发现，对于许多这类新材料而言，28天的测试只能展示其全貌的一部分。事实上，依赖这单一的日期可能会导致工程师低估这些材料最终能达到的强度，从而可能导致他们拒绝那些完全可行的、环保的设计方案。
该研究涉及创建了17种不同的混凝土配方，每种配方都有独特的比例。一些混合物用细玻璃粉替代了一部分水泥，而另一些则用碎瓷砖替换了天然砂石。第三组则以各种比例结合了这两种材料。团队将这些混合物倒入立方体中，并从仅3天大开始，一直持续测试到205天。他们想要观察强度随时间的变化情况，以及28天这个节点是否可以作为最终、极限强度的可靠预测指标。
结果显示出一个完全取决于混凝土内部成分的清晰模式。当使用玻璃粉替代水泥时，随着玻璃含量的增加，28天的测试变得越来越不可靠。在玻璃含量最高的混合物中，28天时测得的强度仅为该混凝土最终成就强度的约三分之二。玻璃的反应非常缓慢，需要时间来溶解并与水泥浆结合。到第28天时，这种反应仍处于早期阶段。如果工程师仅根据这些混合物的28天数据来进行建筑设计，他们设计的结构将会比实际具备的能力要弱得多。研究人员发现，玻璃粉每增加一份，早期强度与最终强度之间的差距就会扩大，这意味着28天测试越来越无法代表材料的真实潜力。
对于碎瓷砖，情况则有所不同。这些颗粒通过两种方式发挥作用：一是提供粗糙的表面以帮助混凝土在物理上粘合在一起，二是随着时间的推移缓慢释放化学离子来增强材料。由于这种双重作用，瓷砖混合物的28天强度是其最终强度的更好指标。然而，即便如此，材料在标准测试窗口之外仍会继续获得强度。其中最有效的混合物（含有15%的瓷砖）在28天后出现了巨大的强度跃升，最终比其初始测量值强了近33%。这表明，虽然28天测试对于陶瓷类材料来说不像玻璃那样具有误导性，但它仍然忽略了材料长期增长的重要部分。
当研究人员将玻璃粉和瓷砖结合使用时，其行为变成了一种复杂的平衡过程。在某些组合中，这两种材料配合得非常完美，瓷砖提供结构支撑，同时玻璃继续其缓慢的化学作用，导致在最初浇筑数月后仍有显著的强度增长。而在其他组合中，特别是当两种替代材料含量都非常高时，强度增长就会停滞。研究人员怀疑这是因为剩下的水泥太少，无法为玻璃和瓷砖的充分反应提供必要的化学燃料。这一发现强调，仅仅添加更多的废弃材料并不总是意味着更好的性能；配方必须经过精心的平衡。
研究结论指出——仅在28天进行测试的旧经验法则——对于这些可持续混凝土而言已不再适用。对于玻璃粉含量较高的混合物，28天的强度并不能很好地代表其未来。作者建议，对于这些材料，设计师要么等待56天或90天后再进行测试，要么应用特定的修正系数来根据28天的数值来估算真实的强度。对于以陶瓷为主的混合物，28天的测试是可以接受的，但仍应承认其持续增长的潜力。最终，本文认为，为了真正拥抱可持续建筑，行业必须超越日历上的单一日期，转而对这些回收材料如何随时间成熟的过程建立一种更细致的理解。
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