含废砖粉作为砂替代材料的椰壳纤维增强混凝土力学性能研究

将建筑废弃物转化为有用资源

随着城市扩张，建筑与拆除产生的废料堆积也在增加。被丢弃的砖块和从河床取出的砂成为现代建筑的一项隐性成本：破坏景观、填埋场饱和以及高碳排放。本研究探讨了一个看似简单但影响深远的想法——我们能否将废砖研磨并与椰子纤维结合，制成既坚固又更环保的日常混凝土？

为什么要重新思考混凝土

混凝土是道路、住宅和桥梁的骨架，它消耗大量的天然河砂和高能耗的水泥。与此同时，旧建筑拆下的破碎砖块常常被填埋或随意弃置。研究者试图把这两个问题联系起来：他们探问细磨的废砖粉是否可以替代标准混凝土中部分砂料，以及加入椰壳纤维——从椰子壳剥出的细长纤维——是否能帮助混凝土更好地抵抗开裂和化学侵蚀。如果可行，这一方法既能节约天然砂，赋予拆除垃圾新用途，又能利用热带地区常见的可再生植物纤维。

新配合比如何经受测试

研究团队以一种常用的混凝土等级为起点。将天然砂量最多替换为40%的砖粉，砖粉由废弃砖块粉碎研磨成细颗粒制得。同时在不同体积掺量下加入椰壳纤维，从0.5%到2%不等，使用短纤维作为混凝土内部的微小加固体。铸造并在水中养护了数十个试件，测定新拌混凝土的塌落度（流动性）、以及硬化后的抗压、抗弯与劈裂抗拉强度，并将其浸泡在强酸溶液中模拟恶劣环境以评估耐久性。由此研究者不仅判断了新组分是否有效，还找出在强度、施工性与耐久性之间取得最佳平衡的配比。

寻找强度与耐久性的最佳点

结果显示，适量的砖粉和纤维即可产生显著效果。单独用10%砖粉替代砂相比普通混凝土强度略有提高，可能因为细颗粒填充了微小空隙并参与缓慢的化学反应，从而致密了内部结构。当这10%砖粉与1%椰壳纤维搭配时，性能提升尤为明显。混凝土的抗压强度超出标准要求，但最大改进体现在抗弯与抗拉方面：抗弯强度提高约四成，劈裂抗拉强度约提高三分之一，表明纤维在裂缝萌生时有效地将其“缝合”。然而，更高比例的砖粉或纤维会使拌合物施工性变差并略微降低强度，说明并非越多越好。

经受恶劣化学侵蚀的表现

除了原始强度外，研究还考察了混凝土在酸性环境中的耐久性，例如工业区或污染环境中结构可能缓慢被腐蚀的情形。试件在强盐酸和硫酸溶液中浸泡60天。普通混凝土失重与强度损失最大，内部损伤严重。相比之下，含10%砖粉和1%椰壳纤维的配合比在质量和强度方面的损失最小。细碎砖粉形成的更致密结构使酸难以深入，而椰壳纤维有助于将材料保持在一起并限制裂缝扩展。即便在长期侵蚀后，这一优化配比的强度仍高于该研究所用混凝土等级的典型要求。

这对未来建筑的意义

对非专业读者来说，结论很明确：经过合理配比的废砖粉与椰壳纤维可以制备出与传统配合比至少同等强度、在抗裂和抗酸蚀方面更优且对天然砂需求更低的常用混凝土。与其把破砖视为无用垃圾，不如将其转化为有价值的原料；同时椰壳纤维作为低成本的植物基材料，能为混凝土增加韧性。尽管还需更多研究以验证不同来源废砖和实际建筑长期服役中的表现，这项研究指向了建筑业更循环、更加可持续的未来：昨日的碎石可以帮助建造更具韧性且更环保的明日结构。

引用: Palaniappan, M., Anandaraj, S., Murugesan, T. et al. Study on the strength properties of coir fiber reinforced concrete containing waste brick powder dust as sand replacement. Sci Rep 16, 11932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42480-5

关键词: 可持续混凝土, 废砖粉, 椰壳纤维, 建筑废料回收, 耐用建材