Mechanical and durability assessment of marble dust–fiber concrete supported by ML prediction

Att förvandla byggavfall till en användbar resurs

Betong är ryggraden i moderna städer, men tillverkningen av dess huvudkomponent, cement, släpper ut stora mängder koldioxid. Samtidigt genererar industrin stora mängder marmorstoft och plastavfall som är svåra att ta om hand på ett säkert sätt. Denna studie undersöker om dessa två problem kan hjälpa till att lösa varandra: kan marmorstoft och återvunna plastfibrer blandas i betong för att göra den inte bara grönare, utan också starkare och mer långlivad, med hjälp av moderna maskininlärningsverktyg?

Att blanda stenpulver och plasttrådar i betong

Forskningen fokuserade på två avfallsprodukter. Marmorstoft, ett fint pulver rikt på kalciumkarbonat, uppstår vid skärning och polering av sten. Polypropenfibrer är korta trådar skurna från kasserade plastprodukter. I studien ersattes cementet i en standard strukturell betong delvis med marmorstoft i nivåer från 0 till 20 procent, samtidigt som fibrer tillsattes i små volymfraktioner från 0 till 1 procent. Det skapade 25 olika blandningskombinationer, alla beredda med samma ballast och vattenhalt så att eventuella förändringar i beteende kunde spåras tillbaka till stoftet och fibrerna.

Testning av hållfasthet, sprickbildning och vattenmotstånd

Varje blandning utsattes för en komplett serie tester som efterliknar de verkliga påfrestningarna i en byggnad. Teamet mätte hur lätt den färska betongen flöt in i formar, kontrollerade dess vikt och kompakthet. Efter härdning testade de hur mycket tryck betongen kunde tåla innan den krossades, hur väl den motstod att rivas isär eller böjas, och hur lätt vatten kunde sugas in eller flöda igenom den. De exponerade också provbitar för sura lösningar för att se hur snabbt de försämrades. Denna breda överblick gjorde det möjligt för författarna att identifiera inte bara de starkaste blandningarna utan också de som balanserade hållfasthet med hållbarhet och arbetbar konsistens.

Att hitta guldkornet för prestanda

Resultaten visade att marmorstoft och plastfibrer kan fungera tillsammans på ett komplementärt sätt—upp till en viss gräns. Ett måttligt sotthalt, kring 10 procent av cementet, hjälpte de fina partiklarna att fylla små utrymmen i betongen, packa den tätare och öka styrkan. Samtidigt fungerade fibrer mellan cirka 0,6 och 0,8 procent volymmässigt som små stygn som höll ihop mikrosprickor under belastning och ökade både klyv- och böjhållfastheten med ungefär en fjärdedel till en tredjedel jämfört med vanlig betong. Dessa kombinationer absorberade också mindre vatten och lät det passera långsammare—tecken på en tätare, mer hållbar intern struktur. När någon av ingredienserna ökades för mycket blev däremot blandningen svårare att arbeta med, fångade in mer luft och förlorade successivt styrka.

Att låta algoritmer vägleda grönare blandningsdesigner

I stället för att förlita sig enbart på försök och fel tränade teamet flera maskininlärningsmodeller på sina experimentella data. Dessa algoritmer lärde sig hur förändringar i marmorstoft, fiberinnehåll och andra blandningsvariabler påverkade nyckel egenskaper som styrka, vattenabsorption och permeabilitet. De bäst presterande modellerna, baserade på artificiella neurala nätverk och slumpmässiga skogar, återgav testrapporterna mycket nära. De användes sedan i en optimeringsrutin för att söka igenom designutrymmet efter det mest balanserade receptet. Modellens föreslagna optimum—omkring 10 procent marmorstoft och 0,6 procent fibrer—överensstämde med det experimentellt observerade ”guldkornet”, vilket bekräftar att datadrivna verktyg pålitligt kan styra framtida eko‑betongdesigner utan utslitande laboratoriekampanjer.

Vad detta betyder för framtida byggnader

För icke‑specialister är slutsatsen tydlig: betong behöver inte vara en enkel blandning av sten, sand och cement. Genom att smart införliva industriellt restmaterial som marmorstoft och återvunna plastfibrer kan ingenjörer minska cementanvändningen, ta bättre vara på avfall och samtidigt skapa betong som spricker mindre och håller ute vatten mer effektivt. Denna studie visar att de bästa resultaten kommer från noggrant balanserade proportioner och att artificiell intelligens kan hjälpa till att identifiera dessa balanser. Om sådana optimerade blandningar antas i stor skala kan de gradvis minska byggsektorns miljöavtryck samtidigt som de förbättrar motståndskraften hos de konstruktioner vi förlitar oss på varje dag.

Citering: Sai, A.N., Sakthivel, M., Arunvivek, G.K. et al. Mechanical and durability assessment of marble dust–fiber concrete supported by ML prediction. Sci Rep 16, 10106 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40874-z

Nyckelord: hållbart betong, marmorstoft, återvunna plastfibrer, hållbarhet, maskininlärning