提高废旧纺织品加筋地聚合物砂浆与砌体界面粘结性能以用于砌体加固

把旧衣物变成更坚固的墙体

每年有数千万吨服装成为废弃物，而用于建造房屋和桥梁的水泥则承担了全球大量的碳排放。本研究探索了一种出人意料的双赢途径：将丢弃的织物经薄层树脂涂覆后，与低碳的“地质聚合物”砂浆配合，用于加固砌体墙体。研究表明，废旧纺织品可以从填埋负担转化为一种高性能材料，使老旧砌体建筑更安全、更耐久。

为什么砖墙需要帮助

砖和砌块砌体数千年来一直是建筑的主力，因其耐久和承载能力而被重用。传统上，砖块由以波特兰水泥、砂和水制成的砂浆粘结在一起。尽管有效，但波特兰水泥的制造非常耗能，约占全球二氧化碳排放的8%。同时，传统砂浆和老旧砖体在地震或其他极端荷载下可能表现不佳，因此工程师越来越多地寻求在不重建的情况下加固现有墙体的方法。

给废织物找到新用途

与这些结构挑战并行的是全球纺织废弃物泛滥，每年产生超过9,000万吨。研究人员尝试将部分废弃纺织品转化为砌体加固用的有用材料。他们选用与日常服装相似的涤棉织物，对其或保持原样，或用刷涂工艺涂覆经过精确配比的环氧树脂薄层。该薄层使织物变得更硬，改善了与周围砂浆的粘结性，并在受拉时有助于纱线整体协同工作。

更环保的‘砖用胶’

研究团队并未仅依赖普通水泥砂浆，而是开发了一种称为地质聚合物砂浆的替代胶结材料。地质聚合物由粉煤灰、高炉矿渣等工业副产品经碱性溶液激发而成，而非传统的水泥化学反应。这类配合物可获得较高强度，耐热耐化学性好，并能显著降低碳排放。研究者配制了三种不同碱度的地质聚合物砂浆（记为8M、10M和12M），并与常规水泥砂浆一起，将未经处理和经树脂处理的织物条埋入其中，制成加筋砌体试件。

新体系的试验方法

为了解织物与砂浆的协同效果，研究团队既测试了砂浆的基本力学性能，也重点测量了纺织品与砌体之间的粘结强度。他们浇筑小型立方体和棱柱体以评估抗压和抗弯强度，发现较高强度的地质聚合物配合物总体上优于传统水泥砂浆，尤其在龄期较大时。关于粘结行为，研究者采用了单搭接剪切试验：将织物条的一部分夹在砌体表面的砂浆层间，另一端由试验机拉伸。通过记录载荷与织物滑移量，可以观察砂浆对织物的抓粘效果以及失效方式。

拉伸时织物发生了什么

结果显示经树脂处理的织物具有明显优势。在所有类型的砂浆中，经处理织物在断裂前承受的拉应力显著更高——约高出48%到60%。同时，峰值载荷时织物与砂浆之间的滑移量大约减少一半，从未经处理织物的约9–9.5毫米降至经处理织物的约4.3–4.8毫米。实务上讲，这意味着改进的界面使织物更充分地参与受力并分担荷载，而不是简单滑出。值得注意的是，所有试件的失效模式均为粘结区内织物的断裂，而砂浆与砖体保持牢固，这是一种理想的破坏形式，表明层间连接强于织物自身。

在新砂浆中寻找最佳平衡

在这些地质聚合物配方中，10M版本提供了最佳的综合平衡。它既有足够的强度和密实度以牢固锚固织物，又具有足够的可施工性，使砂浆能流入纱线间隙并包绕树脂包覆的纤束。最高强度的12M配方虽然在基本强度上表现优异，但更为刚硬和脆性，稍微限制了粘结性能的进一步提升。即便如此，所有地质聚合物砂浆中的树脂处理织物所表现出的粘结强度和效率可与甚至优于许多依赖昂贵高科技纤维（如碳纤维或玄武岩纤维）的系统。

对建筑与废弃物处理意味着什么

对非专业读者来说，结论很直白：通过对废旧织物进行轻度涂覆并将其嵌入更环保的砂浆中，工程师可以显著提升砖墙的强度和可靠性，同时循环利用本会被丢弃的材料。加固后的墙体以受控方式变形，织物能在破断前充分发挥其承载能力，而砖—砂浆连接保持完整。这一方法指出了一个未来方向：升级老旧砌体以抵抗地震或日常损耗不必依赖高碳水泥或昂贵合成纤维，而是通过工业副产物与废弃纺织品的精心组合，提供一种更安全、更可持续的保护我们建筑遗产的路径。

引用: 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

关键词: 地质聚合物砂浆, 废旧纺织品, 砌体加固, 纺织加筋, 可持续建筑