Optimierung der seismischen Leistung in faserverstärktem Abfallbeton durch die TOPSIS-Methode

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 8204 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Für eine nachhaltige Umwelt und zur Bekämpfung des Umweltverschmutzungsproblems können Industrieabfälle in Betonverbundwerkstoffen verwendet werden. Dies ist besonders an Orten von Vorteil, die anfällig für Erdrutsche und niedrigere Temperaturen sind. In dieser Studie wurden fünf verschiedene Arten von Abfallfasern wie Polyesterabfälle, Gummiabfälle, Steinwolleabfälle, Glasfaserabfälle und Kokosfaserabfälle als Zusatzstoffe in Mengen von 0,5 %, 1 % und 1,5 % der Masse in der Betonmischung verwendet. Die auf die seismische Leistung bezogenen Eigenschaften der Proben wurden durch Bewertung der Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Schlagfestigkeit, Spaltzugfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Schlagfestigkeit des Betons durch die Zugabe von Faserverstärkung im Beton deutlich verbesserte. Spaltzugfestigkeit und Biegefestigkeit waren deutlich reduziert. Die Wärmeleitfähigkeit wurde auch durch die Zugabe von Polymerfaserabfällen beeinflusst. Zur Untersuchung der Bruchflächen wurde eine mikroskopische Analyse durchgeführt. Um das optimale Mischungsverhältnis zu erhalten, wurde eine Multi-Response-Optimierungstechnik verwendet, um das gewünschte Maß an Schlagzähigkeit bei einem akzeptablen Maß an anderen Eigenschaften zu bestimmen. Gummiabfälle erwiesen sich als die attraktivste Option, gefolgt von Kokosfaserabfällen für die seismische Anwendung von Beton. Die Signifikanz und der prozentuale Beitrag jedes Faktors wurden durch Varianzanalyse ANOVA (α = 0,05) und ein Kreisdiagramm ermittelt, das zeigte, dass Faktor A (Faserabfalltyp) den Hauptbeitrag leistet. Es wurden Bestätigungstests mit optimiertem Abfallmaterial und deren Anteil durchgeführt. Die Reihenfolge-Präferenz-Ähnlichkeit-zu-Ideal-Lösungstechnik (TOPSIS) wurde für entwickelte Proben verwendet, um eine Lösung (Probe) zu erhalten, die aufgrund der gegebenen Gewichtung und Präferenz für die Entscheidungsfindung dem Ideal am nächsten kommt. Der Bestätigungstest liefert zufriedenstellende Ergebnisse mit einem Fehler von 6,68 %. Die Kosten für die Referenzprobe und die Probe aus gummibewehrtem Betonabfall wurden geschätzt. Dabei zeigte sich, dass mit faserverstärktem Betonabfall ein um 8 % höheres Volumen bei ungefähr den gleichen Kosten wie bei reinem Beton erzielt wurde. Mit recycelten Fasern verstärkter Beton ist potenziell vorteilhaft im Hinblick auf die Minimierung der Ressourcenverschwendung und des Abfalls. Die Zugabe von Polymerfaserabfällen zu Betonverbundwerkstoffen verbessert nicht nur die seismischen Leistungseigenschaften, sondern verringert auch die Umweltverschmutzung durch Abfallmaterial, das keine andere Endverwendung hat.

Umweltbelange und Energieeffizienz sind die beiden großen Themen der Gegenwart. Beton ist das am zweithäufigsten verwendete Material der Welt1. Laut einem Bericht des World Business Council werden jährlich 3,8 Tonnen Beton pro Person verbraucht2. Die Verwendung von Zement in großen Mengen hat schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt, da bei der Herstellung von Betonmaterial Kohlendioxid (CO2) freigesetzt wird und Zement ein hohes Maß an Toxizität aufweist, die für das menschliche Leben schädlich ist. Die Herstellung von Zement verursacht weltweit 7 % der gesamten vom Menschen verursachten CO2-Emissionen3. Da Zement nicht umweltfreundlich ist, untersuchen Forscher alternative Materialien, die nachhaltig sein können. Es gibt viele Versuche, dieses Problem zu lösen. Eine der Möglichkeiten besteht darin, Betonbauteile vollständig durch andere Materialien zu ersetzen. Ein vollständiger Ersatz ist jedoch nicht möglich, da Beton unbestreitbare Vorteile hat. Der teilweise Ersatz von Betonbauteilen durch andere umweltfreundliche Materialien ist eine praktische Lösung für dieses Problem. Beton hat neben seiner Unumweltfreundlichkeit auch andere Nachteile wie Rissbildung, Auslaufen und Sprödigkeit. Reiner Beton hat eine schwache Zugfestigkeit, obwohl er eine hohe Druckfestigkeit aufweist. Um die Umweltkatastrophe zu verhindern, die durch den großflächigen Einsatz von Zement entsteht, ist die Betonindustrie daran interessiert, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, Ressourcen zu recyceln und alternative langlebige Materialien zu entwickeln. Faserbeton (FRC) ist eine der kostengünstigsten und langlebigsten Methoden für die moderne Bauindustrie, da Abfallfasern zum teilweisen Ersatz von Zement verwendet werden, um die erforderliche seismische Leistung zu gewährleisten und gleichzeitig die Kosten zu minimieren. Die Verwendung von Fasern/Abfällen führt zu einer Reduzierung des Zementverbrauchs, was den Bau von bezahlbarem Wohnraum unterstützt. In der Industrie werden viele Tonnen Abfall produziert, der keinen Endverbrauch hat. Die natürliche Zersetzung dieser Abfallstoffe dauert sehr lange und diese Art von Abfall verbleibt auf der Deponie. Zu solchen Industrieabfällen gehören Polyester, Gummi, Baumwolle, Kunststoff, Steinwolle, Glasfasern, Nylon usw. Die Zersetzung von Polyester dauert fast 20–200 Jahre, bei Gummi dauert es 50–80 Jahre, bei Steinwolle 1–5 Jahre und bei Glas Fasern brauchen 4000–5000 Jahre. Diese Art von Industrieabfällen kann als Bewehrung in der Bauindustrie verwendet werden. Die Verwendung von Abfällen im Bauwesen ist ein guter Schritt in Richtung umweltfreundliches Bauen. Viele Forscher arbeiten an der Verwendung dieser Art von Abfällen in der Bauindustrie4,5,6.

Auf der ganzen Welt kommt es zu Erdbeben, die zu Katastrophen führen. Die unverstärkten oder mit Stahl verstärkten Gebäudestrukturen kollabieren bei seismischer Belastung aufgrund unzureichender Duktilität und Festigkeit. Der Einsturz der Gebäudestrukturen führt zu Verletzungen, Todesfällen und wirtschaftlichen Verlusten. Die Gebäudestruktur sollte stark genug sein, um dem Erdbeben möglichst standzuhalten. Daher ist es notwendig, Verstärkungsmaterialien zu verwenden, die die Festigkeit, Duktilität und seitliche Belastung des Gebäudes bei seismischer Belastung erhöhen. Forscher versuchen, das Baumaterial oder die Bewehrung zu finden, die der seismischen Belastung standhalten7,8,9. Faser- oder polymerverstärkter Abfallbeton ist eine neue Technologie, um die Gebäudestruktur bei seismischen Belastungen oder erdbebenbedingten Katastrophen zu schützen, da sie über genügend Festigkeit und Duktilität verfügen, um der seismischen Belastung standzuhalten. Die Fasern werden als teilweiser Ersatz für Zement, Stahl und grobe Zuschlagstoffe hinzugefügt. Einige Forscher verwendeten Stahldrähte zur Verstärkung der Betonkonstruktionen, was die Haltbarkeit erhöht und die Bildung von Oberflächenrissen verringert, aber diese Methode hat die seismischen Belastungseigenschaften von Stahlbetonkonstruktionen nicht wesentlich verbessert10,11. Eine andere Studie ergab, dass die Verwendung von Stahlstäben als Bewehrung im Beton die Tragfähigkeit der Stütze erhöhen kann, aber nicht ausreicht, um der seismischen Belastung standzuhalten12. Einer der Nachteile der Verwendung von Stahldraht besteht außerdem darin, dass er zum Rosten neigt, das Strukturgewicht erhöht und einen Balling-Effekt verursacht. Die verschiedenen Arten von Fasern, die als Verstärkung in FRC verwendet werden, sind Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Jutefasern und Polypropylenfasern usw. Die Verwendung von Hochleistungsfasern in Beton erhöht die Druckfestigkeit, die Kaltverfestigungsreaktion und die Biegefestigkeit des Betons Betongebäude. Die seismische Kapazität eines Gebäudes erhöht sich, wenn Hochleistungsfasern als Bewehrung im Beton verwendet werden13. Carbonfaserplatten werden hauptsächlich für erdbebensichere Gebäude verwendet. Die Baustrukturen aus Carbonfasern sind sehr teuer. Forscher untersuchten unterschiedliche Anteile an Jutefasern und unterschiedliche Bodenarten im Beton, um erdbebensichere Gebäude herzustellen. Sie kamen zu dem Schluss, dass durch die Änderung der Bodenart und die Zugabe von Jutefasern zum Beton die Duktilität des Betons erhöht wird. Andere Forscher verwendeten Jute- und Sisalfasern in Betongebäuden zur Erdbebensicherheit und verglichen die Festigkeit mit kohlenstofffaserverstärktem Beton. Die Betonsäulen für Gebäude mit relativ geringer Höhe aus Jute- und Sisalfasern erreichten eine Festigkeit, die der von Kohlefaserplatten entspricht, und verursachten gleichzeitig 35 % geringere Kosten14,15.

Einige Studien ergaben, dass die Zugabe von 1 % Altgummi im Beton dazu beiträgt, die Duktilität des Betons zu erhöhen, was die Erdbebensicherheit der Gebäude erhöht16,17,18,19. Andere Studien ergaben, dass ein unterschiedlicher Anteil an Glasfasern als Verstärkung im Beton die Gesamtleistung des Betons verbessert, beispielsweise die mechanische Festigkeit und die Feuerwiderstandseigenschaft20,21,22,23. Einige Forscher verwendeten unterschiedliche Anteile an recycelter und abgenutzter Steinwolle im Beton, um den Wärmewiderstand der Gebäude zu erhöhen24,6,25. Einige Studien ergaben, dass ein geringerer Anteil an Kokosfaserabfällen in Betonplatten die mechanische Festigkeit verbessert und das Gewicht verringert, was sich bei seismischen Belastungen positiv auswirkt. Der Zusatz von Kokosfasern in Beton wirkt sich positiv auf die Druckfestigkeit und negativ auf die Biegefestigkeit aus26,27,28,29. Als Bewehrung wurden verschiedene Arten von Industrie- und Haushaltsabfällen wie PET-Flaschen, Gesichtsmasken, Plastikstrohhalme usw. verwendet, die die Duktilität des Betons erhöhen und die Druckfestigkeit und Tragfähigkeit des Betons verringern30,31,32,33 .

Obwohl zur Herstellung von Leichtbeton und Baumaterialien unterschiedliche Arten von Abfallmaterialien verwendet wurden, ist es immer noch eine Herausforderung, Leichtbaugebäude mit höherer Tragfähigkeit zu erschwinglichen Kosten herzustellen. Es gibt nur wenige oder gar keine Forschungsberichte über die kombinierte Untersuchung der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Wärmedämmung von Betonmaterial unter Verwendung von Industrieabfällen.

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist die Herstellung nachhaltiger Baumaterialien mit höherer Tragfähigkeit, geringeren Kosten und Energieeffizienz durch Zugabe von Faserabfällen aus der Industrie als Verstärkung zum Beton. Die erzielten Ergebnisse werden auch mit einfachen Betonproben (PC) verglichen und eine umfassende Studie zur Verbesserung der Wärmedämmung und mechanischen Festigkeit vorgestellt. Ein wichtiges Thema in der Werkstofftechnik besteht darin, für bestimmte Anwendungen die optimale FRC-Probe mit der gewünschten Betonqualität zu finden. Durch die Zugabe von Abfallmaterial/Fasern werden einige Eigenschaften verbessert, während andere negative Auswirkungen haben. Beispielsweise wird durch den Zusatz von Glasfasern im Beton die mechanische Festigkeit verringert, die Wärmedämmung jedoch verbessert34. Um die gewünschten Eigenschaften konkret zu erhalten, wurden verschiedene Multi-Response-Optimierungsmethoden verwendet. Die Forscher verwendeten ein mathematisches Modell zweiter Ordnung für die optimale Gestaltung von Beton mit Stahlfasern als Bewehrung35. Andere nutzten die Response-Surface-Methode, um den Bindemittelgehalt in Beton zu zählen, der mit ultrahochleistungsfähigem Stahlbeton bewehrt war36. Einige der Entscheidungsprobleme mit mehreren Antworten können nicht gleichzeitig optimiert werden, da mehrere Ziele miteinander in Konflikt stehen. Einige der Antworten haben positive, andere negative Auswirkungen auf die gewünschten Eigenschaften. Zu diesem Zweck werden Multi-Response-Optimierungsmethoden eingesetzt. Die Forscher verwendeten die Technik zur Reihenfolge der Präferenzen nach Ähnlichkeit mit der idealen Lösung (TOPSIS), um den gewünschten Prozentsatz der verstärkten Polymermischung im Beton zu ermitteln37. Einige andere Forscher verwendeten den Analytical Hierarchy Process (AHP), um den Rang der Entscheidungsmatrix zu definieren und die Kriteriengewichtung der Matrix zu berechnen38,39. Die Reihenfolge-Präferenz-Ähnlichkeit-zu-Ideal-Lösungstechnik (TOPSIS) wird für entwickelte Proben verwendet, um eine Lösung (Probe) zu erhalten, die aufgrund der gegebenen Gewichtung und Präferenz für die Entscheidungsfindung dem Ideal am nächsten kommt. In dieser Arbeit wurde die TOPSIS-Methode verwendet, um das optimale Material und den optimalen Prozentsatz für die Bewehrung zu ermitteln, die für seismische Anwendungen weiter verwendet werden kann. Diese Forschung befasst sich mit den wichtigen Umweltproblemen im Hinblick auf CO2-Emissionen aufgrund der Zementherstellung, des Energieverbrauchs und der Abfallentsorgung40. Die Bedeutung der Forschung besteht darin, dass verschiedene Arten von Industrieabfällen als teilweiser Ersatz für Zement verwendet werden, was den Zementverbrauch reduziert. Dieser Ansatz reduziert den CO2-Ausstoß durch eine Reduzierung der Zementproduktion. Es optimiert den Umgang mit Abfällen, die sonst mehrere Jahre auf der Deponie verbleiben würden. Es wurde eine nachhaltige Lösung für kostengünstige Gebäude zur Erdbebensicherheit gefunden.

Die Betonproben wurden mit gewöhnlichem Portlandzement, Sand mit einem Feinheitsmodul von 2,42, einem Wasser:Zement-Verhältnis von 0,55, groben Zuschlagstoffen mit einer Größe von 4 mm und fünf Arten von faserigen Abfallmaterialien in jeweils drei verschiedenen Prozentsätzen hergestellt. Diese Abfallfasermaterialien waren sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs. Kokos- und Steinwolle sind natürlichen Ursprungs, während Polyester, Glas und Gummi synthetischen Ursprungs sind. Die Verstärkungsfasern wurden mit 0,5 %, 1 % und 1,5 % des Zementgewichts eingesetzt.

Kokosfasern wurden aus den Abfällen der Matten- oder Seilindustrie gewonnen. Es wurden Polyesterabfälle gesammelt, die beim Scherprozess von Webstoffen entstehen. Abfallglasfasern wurden aus Filtern von Umkehrosmosewasseranlagen (RO) gesammelt. Altgummi, der in Textilzwirnmaschinen verwendet wird, wurde auf dem Lumpenmarkt gesammelt. Abfallsteinwolle wurde aus nutzlosen Kesseln entnommen. Bei allen Materialien handelt es sich um Abfälle, die sonst auf der Mülldeponie verbleiben würden und keine andere Endverwendung haben. Alle Abfallfasern wurden auf eine Länge von 70 mm geschnitten, wie in Abb. 1 dargestellt.

(G) Glasabfälle, (C) Kokosnussabfälle, (R) Gummiabfälle, (P) Polyesterabfälle, (w) Steinwolleabfälle.

Die Festigkeit der Fasern wurde mit einer Universalprüfmaschine gemäß der Norm ISO 5079 bewertet. Die Eigenschaften der Fasern sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Zur Herstellung der Proben aus reinem Beton (Referenzprobe) wurde das Mischungsverhältnis 1:2:3 (Zement: Sand: Grobzuschlagstoff) mit 55 Masse-% Wasser verwendet. Fünf verschiedene Industrieabfälle, nämlich Kokosfaserabfälle, Polyesterfaserabfälle, Glasfaserabfälle, Steinwollefaserabfälle und Altgummi, wurden als Verstärkung in die Mischung gegeben, um FRC herzustellen. Zur Herstellung der Betonproben wurden drei unterschiedliche Verhältnisse, nämlich 0,5 %, 1 % und 1,5 % jedes Abfallmaterials, bezogen auf das Gewicht des Zements, verwendet. Alle Materialien wurden wie in Abb. 2 gezeigt gemischt. Anschließend wurde die Mischung für verschiedene Tests gemäß den in Abb. 2 gezeigten Standards in verschiedene Formen gegossen. Für jeden Test wurden insgesamt 48 Proben 28 Tage lang gegossen. Von jeder Probe wurden drei Wiederholungen angefertigt, um die Wiederholbarkeit der durchgeführten Tests sicherzustellen. Versuchsaufbau und Probendetails sind in den Tabellen 2 und 3 aufgeführt.

(a,b) Mischen von Beton (c–e) Formen.

Beton erfährt im Laufe seiner Lebensdauer unterschiedliche Belastungen, die sowohl an der Oberfläche als auch im Innenbereich zu Rissen führen. Mechanische Belastungen sind unterschiedlicher Art und die Rissbildung kann durch Verbesserung der geforderten Eigenschaften kontrolliert werden. Risse auf der Oberfläche starrer Fahrbahnbeläge sind auf eine geringere Biegefestigkeit zurückzuführen. Ebenso kann das Phänomen der Betonabplatzungen durch eine Verbesserung der Zugfestigkeit kontrolliert werden. Der Widerstand gegen Stoßbelastungen kann durch die Verbesserung der Energieabsorptionseigenschaften von Beton verbessert werden. Die Aufpralleigenschaften sind im Hinblick auf Sprengungen und Kollisionen von Fahrzeugen, insbesondere auf Brücken und bei Erdbeben, sehr wichtig. Alle Proben wurden mit einer Replik von 3 für alle drei verschiedenen Faseranteile für jede Art von Abfallfasern als Verstärkung im Beton getestet.

Die Druckfestigkeit der Betonproben mit den Abmessungen 100 mm × 100 mm × 100 mm wurde mit einer hydraulischen Universalprüfmaschine (UTM) mit digitaler Anzeige (Modell: Beijing Sino Found WES-100) gemessen, wie in Abb. 3 dargestellt. Für den Drucktest Insgesamt wurden 48 Proben mit 3 Wiederholungen für jede Probe vorbereitet. Jede Probe wurde vertikal zwischen den Backen platziert, sodass sie als Prototyp eines Kompressionselements oder einer Säule fungierte. Bei diesem Test wurden die Betonproben zwischen zwei Backen gelegt, von denen einer beweglich und der andere stationär war. Wenn die Last über Backen ausgeübt wird, wird der Punkt, an dem das Versagen der Betonprobe auftritt, als digitaler Messwert angezeigt, der die Gesamtdruckfestigkeit der Betonprobe darstellt.

Prüfgeräte.

Der Biege-/Biegetest der Betonproben wurde mit den Abmessungen 150 mm Breite × 150 mm Tiefe × Spannweite von 500 mm unter Verwendung einer hydraulischen Universalprüfmaschine mit digitaler Anzeige (Modell: Beijing Sino Found WES-100) durchgeführt. Es wurden die Prüfnormen für die Biegefestigkeit ASTM C78/C78M-21 verwendet41. Zur Messung der Biegefestigkeit des Betons wurden insgesamt 48 Proben mit 3 Wiederholungen hergestellt. Zur Messung der Biegefestigkeit des Betons wurden die Proben auf zwei Stäbe mit gleichem Abstand von den Kanten, d. h. 75 mm, gelegt und ein Stab befand sich auf der gegenüberliegenden Seite in der Mitte der Proben, wie in Abb. 3 dargestellt.

Da keine spezifische Norm zur Bestimmung der Schlageigenschaften des Betons mittels Fallgewichtstest verfügbar war, wurde die von anderen Forschern übernommene Methode verwendet42. Die Probenabmessungen betrugen (L × B × T) 125 mm × 100 mm × 50 mm. Bei dieser Methode wurde eine Stahlkugel mit einem Gewicht von 1,8 kg entnommen und aus einer festgelegten Höhe von 889 mm auf den Prüfkörper fallen gelassen. Der Test wurde fortgesetzt, bis der Fehler in der Probe auftrat, wie in Abb. 3c dargestellt. Insgesamt wurden 48 Proben für den Schlagtest vorbereitet. Die Aufprallenergie der Proben wurde berechnet, indem die Masse der Kugel, die Fallhöhe der Kugel, die Erdbeschleunigung und die Anzahl der Schläge, die die Probe vor dem Bruch benötigte, multipliziert wurden. Die Aufprallenergie wurde unter Verwendung von Gl. berechnet. (1)43.

wobei E die gesamte Aufprallenergie beim Versagen der Probe ist; N ist die Anzahl der Schläge beim Versagen der Probe; m ist die Masse des Balls, die 1,8 kg beträgt; h ist das Gewicht des Kugelabfalls, der 889 mm beträgt; und g ist die Erdbeschleunigung, also 9,81 m/s2.

Zur Durchführung der Spaltzugfestigkeitsprüfung der Leichtbetonproben wurde eine hydraulische Universalprüfmaschine (IBMU4-Serie) verwendet, wie in 3(d) gezeigt. Zur Durchführung des Spaltzugversuchs wurden zylindrische Proben zwischen die Prüfplatten gelegt. Für die Prüfung der Probe wurde die Standardgröße der Probe (H × T) von 250 mm Höhe und 150 mm Durchmesser verwendet.

Ein Gebäude/eine Konstruktion fungiert als äußere Hülle/Barriere, die die äußere und innere Umgebung trennt und die Bewohner vor der äußeren Umgebung schützt. Die Reduzierung der Heiz-/Kühlkosten des Gebäudes trägt direkt zur Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei.

Aufgrund des zunehmenden Einsatzes der Infrarot-Thermografie im Bausektor zur Erkennung von Rissen usw. wurde eine neue Methode zur Messung der Wärmeleitfähigkeit eingeführt44. Die thermischen Eigenschaften der Proben wurden mit der Wärmebildkamera CANTRONIC System Inc. (Kanada) bestimmt und die Proben mit einer Heißluftpistole erhitzt, wie in Abb. 3e dargestellt.

Lediglich FRC mit 1 % der Abfallmaterialien und die Referenzprobe wurden mit einer Wärmebildkamera gemessen. Es wurden kubische Proben mit den Abmessungen Höhe/Dicke 50 mm, Breite 100 mm und Länge 125 mm hergestellt. Zunächst wurden die Proben 4 Minuten lang richtig platziert, um einen gleichmäßigen Wärmefluss zu gewährleisten. Die Leistung des Geräts wurde auf 10 Watt eingestellt und die Temperaturen auf beiden Seiten der Probe wurden aufgezeichnet. Dann wurden nach 5 Minuten erneut die Temperatur- und Wärmebilder von beiden Seiten der Proben aufgenommen. Die Temperaturen aus Thermogrammen wurden mithilfe einer Wärmebildsoftware (IR Camera Report-Software) analysiert. Anschließend wurde die Wärmeleitfähigkeit der Proben unter Verwendung von Gl. berechnet. (2)45. Wärmeübertragung, Fläche und Dicke waren konstant, während T1 und T2 Variablen sind.

wobei: K = Wärmeleitfähigkeit, W/mK, Q = während des Tests zugeführte Leistung, W, A = Querschnittsfläche, m2, t = Dicke, m, ΔT = (T1 − T2) = Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Punkt in heiße Region und letzter Punkt in der kalten Region, K.

Die Bruchflächen gebrochener Proben wurden nach mechanischen Tests sorgfältig untersucht. Zweck dieser Untersuchung ist die Aufklärung des Versagensmechanismus und die Überprüfung der Faserbindung im Beton. Zu diesem Zweck wurden mikroskopische Bilder der Proben mit einem OPTIKA-Mikroskop (BX53, Olympus) mit einer 2,5-fachen Vergrößerung aufgenommen. Bei dieser Untersuchung wurde der Auszug, die Brückenwirkung und der Faserbruch untersucht.

Die Versuchsplanung erfolgte nach der Taguchi-Methode, da es sich um eine der gebräuchlichsten Methoden in der wissenschaftlichen Forschung handelt. Die Einschränkung besteht jedoch darin, dass nur eine einzelne Antwortoptimierung durchgeführt werden kann. Daher kann es nicht direkt für die Multi-Response-Optimierung verwendet werden. Optimierungstechniken sind die besten Lösungen für solche Forschungen. Abhängig von den experimentellen Ergebnissen können verschiedene Arten von Modellierungs- und Simulationstechniken verwendet werden, um das optimale Mischungsverhältnis für Beton zu finden. Meistens kann für komplexe lineare Entscheidungsmatrizen die FUZZY-Logiktechnik verwendet werden. Normalerweise wird die FUZZY-Logik-Methode verwendet, um die unbekannte Variable zu finden. Wie die Entscheidungsfindung mit mehreren Kriterien (MCDM) kann auch die TOPSIS-Methode verwendet werden, um die ideale Lösung zu finden. In dieser Arbeit wurde die AHP-TOPSIS-Methode verwendet, um Ergebnisse aus mehreren Antworten in Einzelantworten umzuwandeln. Die TOPSIS-Technik (The Order Preference Similarity to Ideal Solution) wurde von Forschern weiterentwickelt46,47,48,49. AHP wurde verwendet, um die Gewichtung der verschiedenen Attribute zu ermitteln, wobei eine Skala von 1–9 die gleiche Bedeutung aller Attribute anzeigt. Entsprechend der gewünschten Erdbebensicherheit sollte das Gebäude druckfest sein und eine ausreichende Spalt- und Biegefestigkeit aufweisen. Die Druckfestigkeit ist in dieser Analyse von großer Bedeutung und wird mit 5 bewertet. Die Biegefestigkeit und die Schlagfestigkeit liegen zwischen stark und mäßig und werden mit der Zahl 4 bewertet. Die geteilte Zugfestigkeit erhält die Zahl 3, da sie bei der Erdbebensicherheit eine mäßige Bedeutung hat. AHP, das zur Ermittlung der Gewichtung der verschiedenen Attribute verwendet wird, verfügt über eine Skala von 1–9, die die gleiche Wichtigkeit der Attribute anzeigt.

TOPSIS besteht aus den folgenden Schritten.

Die TOPSIS-Methode beginnt mit einer Entscheidungsmatrix, die verschiedene Attribute enthält. Berücksichtigt werden der niedrigste, der höchste und der nominale Wert. In dieser experimentellen Studie gilt ein höherer Faktor als besser. Die bevorzugte Reihenfolge für diese Technik ist Stoß, Zug, Biegung und Druck.

Im zweiten Schritt werden die Attribute normalisiert, indem jeder Wert des Attributs durch einen Teil der Quadratwurzel des jeweiligen Attributs dividiert wird, wobei Gleichung verwendet wird. (4).

In diesem Schritt werden die Gewichtungen der verschiedenen Attribute entsprechend der Präferenz verschiedener Attribute im Hinblick auf das Ziel bestimmt. Die Präferenzskala kann als verwendet werden.

Die berechneten Gewichte verschiedener Attribute werden normalisiert, indem die Gewichte mit normalisierten Werten jedes Attributs multipliziert werden.

Positive Ideallösungen (v +) und negativ-ideale Lösungen (v −) werden nach der folgenden Methode berechnet:

J ist mit einem vorteilhaften Faktor verbunden, während J̍ mit einem nicht vorteilhaften Faktor verbunden ist.

In diesem Schritt kann der Abstand gemessen werden, indem jede Alternative von der idealen Lösung getrennt wird.

Im letzten Schritt kann der Nähekoeffizient mithilfe von Gleichung berechnet werden. (11).

Die Varianzanalyse (ANOVA) wurde mithilfe der Minitab-Software (www.minitab.com) durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Faktoren signifikant waren oder nicht. Hierzu wurden die p-Werte untersucht. Der prozentuale Beitrag jedes Faktors wurde auch im Kreisdiagramm angezeigt.

Die Ergebnisse aller durchgeführten Tests sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Die Festigkeit des Betons hängt von der Festigkeit der Fasern, dem Seitenverhältnis, der Ausrichtung der Fasern und der Bindung zwischen Faser und Matrix ab. Anstelle von Abplatzungen wie bei PC traten bei FRC-Proben unter Druckbelastung Diagonal- und Scherrisse auf. Geprüft wurde die Druckfestigkeit des Betons mit unterschiedlichen Abfallfasern und unterschiedlichen Bewehrungsanteilen. Die Ergebnisse aus Tabelle 4 und Abb. 4a zeigen, dass bei einer Zugabe von 0,5 % Bewehrung die Druckfestigkeit für alle FRC abnimmt, sich die Druckfestigkeit des mit Gummiabfall bewehrten Betons jedoch nicht wesentlich ändert. Wenn der Verstärkungsanteil auf 1 % erhöht wurde, zeigten die Proben im Vergleich zu einer 0,5 %igen Beladung mit Faserabfällen einen leichten Anstieg der Druckfestigkeit. Lediglich Gummiabfälle und mit Steinwolle verstärkter Beton weisen einen signifikanten Anstieg der Druckfestigkeit auf, der viel größer ist als bei PC, während bei anderen ein abnehmender Trend bei der Druckfestigkeit zu verzeichnen ist. Der mit Gummiabfällen bewehrte Beton zeigte maximale Druckfestigkeit auf allen Bewehrungsebenen und die Probe auf Steinwollebasis zeigte nur bei 1 % Faserbeladung einen Anstieg. Bei 1 % Bewehrungsbeladung beträgt die Erhöhung der Druckfestigkeit 1 % für Gummiabfälle und 20 % für Steinwolle. Die Grenzflächenübergangszone zwischen der Zementpaste und dem Gummiabfall füllte die Hohlräume und führte so zu einer Erhöhung der Druckfestigkeit. Gummi allein hat keine perfekte Bindung mit der Zementmatrix, aber im Fall von Gummiabfällen (Mischung aus Nylon und Styrol-Butadien-Kautschuk) sorgte Nylon für eine perfekte Haftung und Styrol-Butadien sorgte für ausreichende Festigkeit des Betons, wie in Abb. 4 dargestellt. Von Durch die Zugabe von Gummi ändert sich die Versagensart des Betons von Sprödigkeit zu Duktilität. Steinwolle hat außerdem eine gute Verbindung mit der Betonmatrix; und somit zeigen die Ergebnisse eine Verbesserung der Druckfestigkeit. Polyester hat die schlechteste Bindungsfestigkeit mit der Betonmatrix und weist daher im Vergleich zu anderen Fasern eine deutlich geringere Druckfestigkeit auf. Kokosfaserbewehrungen weisen eine Abnahme der Druckfestigkeit auf, da die Festigkeit der Fasern im Beton aufgrund der Wasseraufnahme verringert wird. Im Falle einer Kokosfaserverstärkung ist die Bindung zwischen Faser und Matrix aufgrund des Vorhandenseins von Staub auf der porösen Oberfläche der Faser nicht perfekt ausgebildet50,51,52.

Mechanische Leistung von faserverstärktem Beton im Vergleich zu reinem Beton (a) Druck-, (b) Biege-, (c) Stoß- und (d) Spaltzugeigenschaften.

Die Biegefestigkeit des Betons verringert sich manchmal durch die Zugabe der Bewehrung, wie in Tabelle 4 gezeigt. Bei einer Abfallfaserbeladung von 0,5 % zeigen alle Proben einen abnehmenden Trend, mit Ausnahme von Probe R1, wie in Abb. 4b gezeigt. Mit zunehmendem Faseranteil auf 1 % zeigen einige Proben eine Verbesserung der Biegefestigkeit. Ein weiterer Faserzusatz von bis zu 1,5 % führt bei allen Proben zu einer Verringerung der Biegefestigkeit. Der Grund für die Verbesserung der Biegefestigkeit in Probe R1 liegt darin, dass die Verstärkung in diesem Fall eine Mischung aus Nylon und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) ist. Nylon bildete eine perfekte Verbindung mit der Zementmatrix, während SBR für Festigkeit und eine gewisse Duktilität sorgte. Es wird eine Brückenwirkung der Verstärkungsbereiche mit der umgebenden Matrix erreicht. Die Probe nimmt mehr Belastung auf und die Rissausbreitung wird verzögert. Die Proben, die eine geringere Biegefestigkeit zeigten, könnten auf die Ansammlung von Bewehrung an bestimmten Stellen im Beton zurückzuführen sein. Dies verringert tendenziell die Biegefestigkeit des Betons an bestimmten Stellen53. Die Biegefestigkeit des Betons verringert sich bei einem höheren Bewehrungsanteil, da die Gefahr besteht, dass sich die Bewehrung verzahnt und mehr Luft in der Betonprobe eingeschlossen wird, was zu einer Verringerung der Biegefestigkeit führt54,55. Darüber hinaus ist die Reduzierung auf die geringere Biegesteifigkeit der Fasern im Vergleich zu Beton als sprödem Material zurückzuführen.

Die Aufprallenergie der Betonproben wurde durch die Zugabe von faserigem Abfall erhöht. Bei 0,5 % Bewehrung im Beton ist die Verbesserung in allen Proben zu beobachten, wie in Tabelle 4 und Abb. 4c dargestellt. PC ist ein sprödes Material, während die Zugabe einer Verstärkung zur Duktilität beiträgt. Bei Gummi-, Glas- und Kokosfaserverstärkungen beträgt die Steigerung der Aufprallenergie 25 %. Die Verbesserung der Schlagenergie bei Polyesterverstärkung betrug 13 %. Es gibt keine wesentliche Verbesserung der Schlagenergie von Steinwolle-bewehrtem Beton. Bei 0,5 % wurde die Verbesserung der Schlagenergie auf Makrofasern zurückgeführt, die in Beton verwendet werden. Diese Art von Makrofasern widersteht der Entstehung von Rissen unter Spannung und absorbiert mehr Energie als nichtfaseriges Betonmaterial55. Wenn der Verstärkungsanteil im Beton auf 1 % erhöht wird, zeigt der Gummiabfall einen maximalen Anstieg der Aufprallenergie um etwa 54 %. Kokosfasern, Steinwolle, Polyester und Glas weisen im Vergleich zu PC eine Verbesserung der Schlagenergie um 40 %, 40 %, 33 % bzw. 25 % auf. Gummibewehrungen im Beton können mit der umgebenden Matrix verbunden werden und Hohlräume reduzieren. Dies führt zu stärkeren Strukturen, die eine verbesserte Festigkeit bei Aufprallkräften aufweisen. Der erhöhte Bewehrungsanteil reduziert wirksam die Ausbreitung von Makrorissen im Beton53. Diese Arten von Faserbeton, die eine ausreichende Duktilität aufweisen, können in erdbebensicheren Anwendungen eingesetzt werden49,50,51,52,53. Eine weitere Zugabe von Verstärkung verringert tendenziell die Aufprallenergie in allen Proben, was möglicherweise auf die Möglichkeit einer Verzahnung der Verstärkung zurückzuführen ist, was zu einer Verringerung der gesamten Energieabsorption führt.

Die Zugfestigkeit des Betons kann aufgrund des gemischten Spannungsfelds und der unterschiedlichen Faserorientierung mit der geteilten Zugversuchsmethode nicht genau gemessen werden. Die geteilte Zugfestigkeit ist nützlich, da das Versagensmuster der Betonprobe als spröde oder duktil definiert ist. Durch das Hinzufügen unterschiedlicher Bewehrungen im Beton wird die Spaltzugfestigkeit des Betons deutlich verringert, die Duktilität der Proben jedoch verbessert. Die insbesondere mit Gummi- und Kokosfasern verstärkten Proben spalteten sich durch erste Rissausbreitung in zwei Teile. Aufgrund der Brückenwirkung von Gummi und Kokosnussverstärkung erfolgt eine bessere Lastübertragung auf die Fasern, die tendenziell eine verbesserte Duktilität aufweisen. Ähnliche Ergebnisse für die seismische Leistung wurden von anderen Forschern erzielt53,54,55. Diese Fasern im Beton reduzieren das Versagen nach Rissen im Beton und erhöhen die Duktilität des Betons. Man kann auch vorhersagen, dass FRC im Vergleich zu PC Spaltzugkräften etwas länger standhalten kann, da die im Beton vorhandenen Faserverstärkungen als Rissstopper wirken und der Rissausbreitung widerstehen. Die Balkendiagramme der Spaltzugfestigkeit der Betonproben sind in Abb. 4d dargestellt. Da der Split-Zugtest einem Biegetest mit geringer Breite ähnelt, sind die Ergebnisse dem Biegetest sehr ähnlich.

Die Wärmeleitfähigkeit ist ein wichtiger Parameter für die Beurteilung der Materialeigenschaft, ob es sich um einen guten Isolator handelt oder nicht. Zur Ermittlung des thermischen Verhaltens wurden die Wärmeleitfähigkeitswerte der 1 % faserverstärkten Betonproben ausgewertet. Die Wärmeleitfähigkeit aller Proben bei 1 % Bewehrungsdosierung ist in 4 angegeben. Der Trend der Wärmeleitfähigkeit ist in Abb. 5 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass der mit Steinwollefasern verstärkte Beton die niedrigste Wärmeleitfähigkeit aufweist, mit einer Abnahme von 43 % gegenüber der Referenzprobe . Glas-, Polyester- und kokosfaserverstärkte Betonproben zeigen im Vergleich zur Referenzprobe PC eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit um 41 %, 37 % bzw. 31 %. Daher weisen Steinwolle- und glasfaserverstärkte Abfallproben eine höhere Wärmedämmeigenschaft auf. Die Wärmeleitfähigkeit des Betons wird durch den Faseranteil aufgrund der Porosität der Bewehrung deutlich reduziert. Der Beton, der Steinwolle und Glasfaserabfälle als Bewehrung enthält, kann zur Wärmedämmung von Gebäuden verwendet werden. Wärmebilder aller Proben nach 5-minütiger Einwirkung einer Wärmequelle sind in Abb. 6 dargestellt.

Wärmeleitfähigkeit.

Illustrationen von Wärmebildern von Proben.

Die Wärmebildtechnik quantifiziert die Temperatur auf der anderen Seite der erhitzten Probenoberfläche. Die Proben mit höherem Wärmewiderstand zeigten die geringste Wärmeableitung/den geringsten Wärmeverlust, wie die Ergebnisse der Wärmebildaufnahme in Abb. 6 zeigen. Mit Steinwolle, Glas, Kokosnuss und Polyesterfasern verstärkte Proben weisen einen höheren Wärmewiderstand auf, wie in der Abbildung dargestellt. Der hellere Bereich zeigt eine geringere Wärmeübertragung. Eine PC-Probe ohne jegliche Verstärkung zeigt die höchste Wärmeübertragung, angegeben durch maximale Helligkeit.

Es wurden mikroskopische Bilder der gebrochenen Abfallfaser-Stahlbetonproben aufgenommen, um das Bindungsmuster der Fasern mit der umgebenden Betonmatrix zu überprüfen. Nach Belastungen während der mechanischen Prüfung zerbrachen die Proben. Die Bilder von Bruchflächen sind in Abb. 7 dargestellt. Die Anlagerung von kleinen Bruchstücken und hängenden Partikeln weist auf die Brückenwirkung von Fasern im Beton hin. Aufgrund der Brückenwirkung der Verstärkungsfasern kann der Beton ein plötzliches Versagen verhindern und weist im Vergleich zu PC eine höhere Nachrissenergie auf. Die Bilder zeigen, dass zwischen Faserabfällen und Zement eine starke Bindung besteht. In einigen Fällen ist in den Bildern das Herausziehen von Abfallfasern zu beobachten. Eine ähnliche Beobachtung wurde für Kokosfasern gemacht. Polyesterabfälle weisen jedoch nur eine minimale Bindung mit Beton auf, da die Fasern größtenteils hydrophob sind und eine geringere Affinität zum Beton aufweisen. Nach Durchführung von Experimenten kommt man zu dem Schluss, dass die Verstärkung von Faserabfällen im Beton dazu beiträgt, der Entstehung und dem Fortschreiten von Rissen entgegenzuwirken.

Mikroskopische Bilder von gerissenen Proben (a) reiner Beton (b) Kokosfasern (c) Gummiabfälle (d) Steinwolleabfälle (e) Polyesterabfälle (f) Glasabfälle.

Alle experimentellen Daten aus Tabelle 4, die sich auf die mechanische Leistung beziehen, werden zur Bildung einer Matrix verwendet, in der Zeilen Alternativen und Spalten Attribute der Entscheidungsmatrix darstellen. Die Tabelle wird mit dem oben genannten Verfahren der auf TOPSIS basierenden Taguchi-Methode analysiert. Im ersten Schritt wird die Matrix mithilfe von Gl. normalisiert. (4). Die Matrix wird normalisiert, indem jeder Attributwert durch die Summe der Quadratwurzel aller Attributwerte in dieser Kategorie dividiert wird. Beispielsweise beträgt der Wert der Druckfestigkeit von PC 105,79, der durch die Summe der Quadratwurzel aller Druckfestigkeitswerte von 350,56 dividiert wird. Dies ergibt den normalisierten Wert von 0,30. Alle normalisierten Werte sind in Tabelle 5 aufgeführt.

Die Gewichtung jeder Entscheidungsmatrix wird mit der AHP-Methode ermittelt. Die Gewichtungen werden entsprechend der Bedeutung der Eigenschaft angegeben, z. B. hat die Druckfestigkeit eine große Bedeutung mit der Nummer 5, die Biegefestigkeit und die Schlagfestigkeit erhalten die Nummer 4, da sie eine Bedeutung zwischen stark und mäßig haben. Die Spaltzugfestigkeit hat eine mäßige Bedeutung und erhält die Nummer 3. Das Gewicht und die gewichteten normalisierten Werte werden unter Verwendung der Gleichungen berechnet. (5) und (6). Das normalisierte Gewicht ist in Tabelle 6 angegeben.

Die positiven und negativen idealen Lösungen wurden durch die Gleichungen berechnet. (7) und (8). Der Abstand zwischen positiver und negativer Ideallösung kann mithilfe von Gleichung berechnet werden. (9). Im letzten Schritt wird unter Verwendung von Gl. (10) Der Gesamtleistungskoeffizient, der der idealen Lösung am nächsten kommt, wurde berechnet. Die Nähekoeffizienten sind in Tabelle 7 aufgeführt.

Eine Varianzanalyse (ANOVA) wurde mit einem Konfidenzniveau von 95 % durchgeführt, um die Bedeutung der Art des Faserabfalls und des Prozentsatzes der Bewehrung im Beton zu überprüfen. Die Varianzanalyse ist in Tabelle 8 dargestellt. Der p-Wert von 0,008 gibt die Bedeutung des Faserabfalltyps bei einem Konfidenzniveau von 95 % an, während der Prozentsatz der Bewehrung einen p-Wert von 0,019 aufweist, was auf einen signifikanten Einfluss auf die Leistung des Betons hinweist.

Das Haupteffektdiagramm des Nähekoeffizienten und das Tortendiagramm des Gesamtbeitrags der Faktoren sind in Abb. 8 dargestellt. Das Haupteffektdiagramm zeigt, dass die Art der Fasern einen großen Einfluss auf die Leistung des Betons hat und sich herausstellte, dass gummibewehrter Altbeton den größten Einfluss hatte effektive Bewehrung im Beton. Das Haupteffektdiagramm zeigt, dass der Abfallanteil die Leistung des Betons nicht wesentlich verbessert. Der Kuchen-Chat zeigt den Gesamtbeitrag der Faktoren. Die Art der als Bewehrung verwendeten Abfallfasern hat den höchsten Beitrag (59 %) zur seismischen Leistung von Beton.

(a) Haupteffektdiagramm und (b) Kreisdiagramm.

Der Nähekoeffizient mit dem höchsten Wert zeigt das optimale Mischungsverhältnis von FRC an. Außerdem wurde ein Bestätigungstest durchgeführt, um die TOPSIS-Methodik zu überprüfen. Im Bestätigungstest wurden die Proben gemäß dem optimalen Mischungsverhältnis hergestellt, dh 1 % Gummi als Verstärkung im Beton. Es wurden Proben vorbereitet und getestet, um den maximalen Fehler im optimalen Mischungsverhältnis zu überprüfen. Die Ergebnisse des Bestätigungstests für alle Tests sind in Tabelle 9 aufgeführt. Der maximale Fehler wurde mit 6,681 % berechnet, was die Zufriedenheit der Testergebnisse zeigt. Somit wurde bestätigt, dass 1 % Zugabe von Gummiabfällen zum Beton die gesamte seismische Leistung des Betons erhöht.

Die Kosten für PC- und 1 % Gummiabfall-Stahlbeton wurden untersucht, um zu bestätigen, dass der Ersatz von Zement durch Abfall zu einer erheblichen Senkung der Betonkosten führt. Zunächst wurden die Gesamtkosten für die Herstellung der PC-Proben mit einem Gesamtvolumen von 11.250 cm3 berechnet. Der für die Proben verwendete Zement kostete 1 USD, Sand kostete 0,22 USD und grobe Zuschlagstoffe kosteten 1,10 USD. Die Gesamtkosten betrugen 2,32 USD. Durch die Verwendung von Altgummi als 1 % Bewehrung im Beton nahm dieser bei gleichen Kosten 8 % mehr Volumen ein. Somit reduzierte FRC die Gesamtkosten des Betons, was zu kostengünstigem/bezahlbarem Wohnraum führte. Die Kostenschätzung ist in Tabelle 10 dargestellt.

Die Wiederverwendung von Industrieabfällen ist ein weltweites Phänomen für eine nachhaltige Zukunft. Das Verbrennen/Entsorgen von Abfällen führt zu Schäden am Ökosystem und damit zu schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt. In dieser Studie wurden verschiedene industrielle Faserabfälle in unterschiedlichen Prozentsätzen in Beton verwendet. Insgesamt verbessert der mit Abfallfasermaterialien verstärkte Beton nicht nur die seismische Leistung im Hinblick auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften, sondern verringert auch das Problem der Abfallbehandlung. Die Druckfestigkeit des Betons wurde durch die Zugabe von Gummi- und Steinwolleabfall bei 1 % bzw. 2 % Belastung erhöht. Gummiabfälle zeigen bei einer Zugabe von 0,5 % eine Steigerung der Biegefestigkeit um 4 %. Mit zunehmendem Prozentsatz verringerte sich die Biegefestigkeit der Betonprobe. Die Aufprallenergie aller Proben erhöhte sich durch die Zugabe von Faserabfall als Verstärkung. Der maximale Anstieg der Aufprallenergie erfolgt bei Gummiabfällen bei 1 % Beladung. Die Spaltzugfestigkeit des Betons wurde durch die Zugabe von Faserabfällen negativ beeinflusst. Die Wärmeleitfähigkeit des Betons wurde durch die Zugabe von Faserabfällen stark reduziert. Steinwolle- und Kokosfaserverstärkungen im Beton verringerten die Wärmeleitfähigkeit des Betons erheblich und machten ihn zu einem energieeffizienten Baumaterial. Durch statistische Analyse (TOPSIS) wurde nachgewiesen, dass Probe R2 (mit 1 % Gummifaser) insgesamt die günstigsten seismischen Leistungen aufweist. Die Zugabe von 1 % Gummi zum Beton erhöht die Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und Schlagfestigkeit des Betons. Daher wird empfohlen, Probe R2 für kostengünstige, erdbebensichere/seismische Gebäude zu verwenden. Somit können Industrieabfälle sinnvoll als Baumaterial für eine nachhaltige Zukunft genutzt werden. Durch die Verwendung von Abfallfaserverstärkungen werden außerdem die Gesamtkosten des Baus gesenkt, was zu kostengünstigem Wohnraum mit besserer seismischer Kapazität in erdbebengefährdeten Gebieten führen wird.

Zukünftige Forschungen könnten durchgeführt werden, um andere Arten landwirtschaftlicher Abfälle und Verbraucherabfälle im Hochbau zu nutzen. Die Leistung kann bei extremen Temperaturen bewertet werden, um die Leistung in arktischen und tropischen Umgebungen festzustellen. Darüber hinaus kann der Einfluss von Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit, Salzgehalt usw. auf die Haltbarkeit von mit Abfallfasern verstärktem Beton untersucht werden.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Diese Arbeit wurde durch das Projekt HEC Nr. 16003 mit dem Titel „Seismic Capacity Assessment of Textile Fiber Reinforced Infill Walls in Reinforced Concrete Structures: A Step Towards Affordable Housing“ und durch die interne Förderagentur der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Tschechischen Universität für Biowissenschaften Prag, Projekt „ Entwicklung und Charakterisierung von Polymerverbundwerkstoffen mit natürlichem Füllstoff“ (31140/1312/3105).

Nationale Textiluniversität, Faisalabad, Pakistan

Husain Ali und Hafsa Jamshaid

Abteilung für Materialwissenschaften und Fertigungstechnologie, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Tschechische Universität für Biowissenschaften Prag, Kamycka 129, 165 00, Prag, Tschechische Republik

Rajesh Mishra, Vijay Chandan, Petr Jirku, Viktor Kolar und Miroslav Muller

Abteilung für nachhaltige Technologien, Fakultät für tropische Agrarwissenschaften, Tschechische Universität für Biowissenschaften Prag, Kamycka 129, 165 00, Prag, Tschechische Republik

Shabnam Nazari

Bauingenieurwesen, Universität für Ingenieurwesen und Technologie, Peshawar, Pakistan

Khan Shahzada

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Konzeptualisierung: HA, HJ, RM, VC, PJ, VK, MM, SN, KS; Methodik: HA, HJ, RM, VC, PJ, VK, MM, SN, KS; Formale Analyse und Untersuchung: HA, HJ, RM, VC, PJ, VK, MM, SN, KS; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung: HA, HJ, RM, VC, PJ, VK, MM, SN, KS; Schreiben – Überarbeitung: HA, HJ, RM, VC, PJ, VK, MM, SN, KS; Finanzierungseinwerbung: HJ, RM, PJ, MM, KS; Ressourcen: HJ, RM, PJ, MM, KS; Aufsicht: HJ, RM, MM, KS

Korrespondenz mit Rajesh Mishra.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ali, H., Jamshaid, H., Mishra, R. et al. Optimierung der seismischen Leistung in faserverstärktem Abfallbeton durch die TOPSIS-Methode. Sci Rep 13, 8204 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35495-9

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Eingegangen: 07. April 2023

Angenommen: 18. Mai 2023

Veröffentlicht: 21. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35495-9

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