使用响应面法优化废弃棕榈油渣粉在半刚性路面水泥基灌浆料中的潜在利用

把废料变成更坚固的道路

水泥生产是导致气候变暖的二氧化碳排放的重要来源，但我们仍依赖它来建造从建筑到公路的各种结构。与此同时，蓬勃发展的棕榈油产业产生大量渣状废料，通常被填埋处理。本研究提出一个简单而有力的问题：我们能否将这种不受欢迎的废料转化为更坚固、更可持续路面的一种有用成分？

为什么道路建造者关心新配方

现代道路必须承受繁重交通、燃油泄漏、高温、降雨和多年的磨损。一种称为半刚性路面的特殊路面将多孔沥青骨架与渗入其空隙并硬化的水泥基灌浆料结合起来。这类路面在承载重载和抗永久车辙方面优于普通热拌沥青，但它们依赖大量水泥。研究人员希望通过用细磨的棕榈油渣粉（POCP）部分替代水泥，既减少排放和废弃物，又保持甚至提升性能。

设计合适的配方

研究团队把灌浆料当作需要精心调整的配方。他们改变了两个关键成分：被POCP替代的水泥比例（0–30%）和水胶比（混合物的湿度）。利用称为响应面法的统计方法，他们设计了80个试验配合比并测量了每种灌浆料在锥流实验中的流动性以及在1、7和28天时的强度。对于半刚性路面，灌浆料必须足够流动以填充沥青孔隙，同时又要足够坚固以承载交通。分析表明，加入POCP通常改善了流动性，因为该粉末吸水性低于水泥，从而留下更多自由水来润滑混合物。

找到最佳平衡点

强度测试显示出权衡关系。纯水泥配合比强度最高，随着POCP用量增加强度下降，尤其在高含水量时更明显，因为渣颗粒比水泥更多孔且反应性较低。即便如此，许多POCP配合比仍能轻松超过实际强度目标。优化后的配方确定水胶比约为0.46，水泥替代率为20%。该混合物在所需的流动时间窗口内流动良好，并在所有养护龄期达到充足的强度，表现出性能与可持续性之间的有希望的平衡。

新型灌浆料在路体内部的表现

为观察内部结构，研究人员在电子显微镜下检查了硬化后的灌浆样品。传统灌浆形成致密、连续的结构，而POCP改性灌浆则显示出更多孔隙和嵌入的渣颗粒。这解释了强度略有下降以及冲击型磨耗试验中材料损失增加的原因。当将优化灌浆用于实际半刚性路面试件时，研究者将所得路面层与对照半刚性混合料和普通热拌沥青进行了比较。带有或不带POCP的半刚性表层其稳定性均超过普通沥青两倍以上，对湿害的抗性更好，并且对柴油侵蚀的抵抗力远超热拌沥青，这得益于其刚性的水泥基骨架。

优点、权衡与未来方向

基于棕榈废料的路面并非完美。其较高的刚度意味着对反复冲击的吸收能力较差，在Cantabro磨耗试验中比柔性沥青出现更大的颗粒损失。硬质灌浆与较软的沥青包裹石料相接的区域在冲击下也表现为薄弱环节。作者建议未来的设计应力求在沥青骨架中略微减少空隙率以提高柔韧性，并且仍需建立该类灌浆的行业统一强度标准。

这对日常道路意味着什么

简而言之，研究表明，将问题性棕榈油废料磨细并用于替代约五分之一水泥，可以仍然建造出坚固耐用的半刚性路面。这类含POCP的路面层在承受重载、潮湿和燃油泄漏方面表现尤为出色——这些情况常见于货运停车场、收费站和工业场地——同时减少了对新鲜水泥的依赖并避免了废料填埋。通过进一步调整以提高抗冲击性能，这一方法可能有助于使未来的道路更坚固、更环保。

引用: Khan, N., Sutanto, M.H., Khan, M.I. et al. Optimizing the potential use of waste palm oil clinker powder in cementitious grouts for semiflexible pavements using response surface methodology. Sci Rep 16, 14420 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47875-y

关键词: 半刚性路面, 棕榈油渣, 可持续道路, 水泥替代, 废弃物增值