Förbättrad gränsskiktsbindning i geopolymerbruk förstärkt med textilavfall för ombyggnad av murverk

Att förvandla gamla kläder till starkare väggar

Varje år hamnar tiotals miljoner ton kläder som avfall, samtidigt som cementen som används för att bygga våra hem och broar står för en stor del av de globala koldioxidutsläppen. Denna studie undersöker ett oväntat sätt att angripa båda problemen samtidigt: att använda kasserade textilier, förstärkta med ett tunt lager harts, tillsammans med ett lågkoldioxid "geopolymer"-bruk för att stärka tegelväggar. Arbetet visar hur textilavfall kan omvandlas från en deponibörda till ett högpresterande material för att göra äldre murverk säkrare och mer hållbara.

Varför tegelväggar behöver hjälp

Tegel- och lättbetongmurverk har varit byggnadernas ryggrad i tusentals år, uppskattade för sin hållbarhet och förmåga att bära stora laster. Traditionellt fogas tegelstenarna ihop med ett cementbaserat bruk gjort av portlandcement, sand och vatten. Även om detta är effektivt är tillverkningen av portlandcement mycket energikrävande och svarar för ungefär 8 % av de globala koldioxidutsläppen. Samtidigt kan konventionella bruk och äldre tegelkonstruktioner ha svårt att stå emot jordbävningar eller andra extrema laster, vilket gör att ingenjörer i allt högre grad söker sätt att stärka befintliga väggar utan att bygga om dem från grunden.

Att ge textilavfall ett nytt uppdrag

Samtidigt som dessa strukturella utmaningar pågår, svämmar världen över av textilavfall, med mer än 90 miljoner ton som produceras varje år. Forskarna satte upp ett mål att omvandla en del av detta avfallsflöde till en användbar förstärkning för murverk. De använde polyester–bomullstyg liknande vardagskläder och antingen lämnade det obehandlat eller belade det med en noggrant avvägd mängd epoxiharts genom en borstningsteknik. Denna tunna beläggning styvar upp tyget, förbättrar dess vidhäftning till det omgivande bruket och hjälper de individuella trådarna att samverka när de utsätts för dragning.

En grönare fog för tegel

I stället för att förlita sig enbart på ordinärt cementbruk utvecklade teamet också ett alternativt bindemedel kallat geopolymerbruk. Geopolymerer tillverkas av industrins biprodukter som flygaska och masugnsslagg, vilka aktiveras med alkaliska lösningar snarare än genom den vanliga cementkemin. Dessa blandningar kan uppnå hög hållfasthet, motstå värme och kemikalier och avsevärt minska koldioxidutsläppen. Forskarna framställde geopolymerbruk med tre olika kemiska styrkor—kallade 8M, 10M och 12M—samt ett konventionellt cementbruk, och lades in remsor av både obehandlade och hartsbehandlade textilier i dem för att bilda förstärkta tegelprover.

Hur det nya systemet testades

För att förstå hur väl tyg och bruk fungerade tillsammans mätte teamet både brukens grundläggande hållfasthet och, avgörande, hur starkt textilierna band till murverket. De gjöt små kuber och prismor för att bedöma tryck- och böjhållfasthet och fann att geopolymerblandningar med högre styrka i allmänhet överträffade det traditionella cementbruket, särskilt vid senare åldrar. För bindningsbeteendet använde de ett enkelspårsskäraprov: en del av varje textilremsa limmades mellan bruklager på en tegelyta, medan den fria änden drogs av en provningsmaskin. Genom att registrera kraften och mängden glidning av textilen kunde de se hur effektivt bruket greppade tyget och hur systemet gick sönder.

Vad som hände när tygerna drogs

Resultaten visade en tydlig fördel för de hartsbehandlade textilierna. I alla typer av bruk bar behandlade tyger mycket högre dragspänningar—ungefär 48 till 60 % mer—innan de brast. Samtidigt minskade mängden glidning mellan tyg och bruk vid maximal last ungefär till hälften, från omkring 9–9,5 mm för obehandlade textilier till cirka 4,3–4,8 mm för behandlade. I praktiska termer innebär detta att den förbättrade gränsytan gör att tyget engagerar sig mer fullständigt och delar lasten istället för att helt enkelt glida ut. Anmärkningsvärt var att varje prov misslyckades genom att textilen brast inom den bundna zonen, medan bruket och teglet förblev fast fästa—ett önskvärt brottläge som visar att förbindelsen mellan skikten är starkare än själva tyget.

Att hitta den optimala blandningen

Bland geopolymerblandningarna erbjöd 10M-versionen den bästa totala balansen. Den var tillräckligt stark och tät för att förankra tyget ordentligt, men ändå tillräckligt bearbetbar så att bruket kunde flyta in i utrymmena mellan trådarna och runt de hartsbelagda buntarna. Den högst hållfasta 12M-blandningen gav utmärkt grundstyrka men var styvare och mer spröd, vilket något begränsade ytterligare förbättringar i bindningsprestanda. Trots det utvecklade de hartsbehandlade textilierna i alla geopolymerbruk bindningsstyrkor och effektivitet som kan jämföras med, eller överträffa, många system som förlitar sig på dyra högteknologiska fibrer såsom karbon eller basalt.

Vad detta innebär för byggnader och avfall

För icke-specialister är slutsatsen enkel: genom att lätt belägga textilavfall och inbädda det i en grönare typ av bruk kan ingenjörer avsevärt öka styrkan och tillförlitligheten hos tegelväggar samtidigt som material återanvänds som annars skulle kastas bort. De förstärkta väggarna deformeras på ett kontrollerat sätt, där tyget arbetar med full kapacitet innan det går av, och tegel–bruks-förbindelsen förblir intakt. Detta tillvägagångssätt skymtar en framtid där uppgradering av åldrande murverk mot jordbävningar eller slitage inte behöver bero på högkoldioxidcement eller kostsamma syntetiska fibrer. Istället kan noggrant konstruerade kombinationer av industrins biprodukter och kasserade textilier erbjuda en säkrare, mer hållbar väg för att bevara vårt byggda kulturarv.

Citering: Sai Krishna, A., VishnuPriyan, M. & Khan, N.A. Enhancing interfacial bond performance of waste textile-reinforced geopolymer mortar for masonry retrofitting. Sci Rep 16, 11513 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42217-4

Nyckelord: geopolymerbruk, textilavfall, renovering av murverk, textilförstärkning, hållbart byggande