再生塑料混凝土力學(xué)性能的影響因素

徐澳強(qiáng)，毛靜，蘇建東，孫業(yè)明，陳思宇，周夏禹(宿遷學(xué)院建筑工程系，江蘇 宿遷 223800)

0 引言

在快消品迅速消費(fèi)的同時，塑料制品的方便和快捷使得塑料制品充斥著人們的日常生活，可廢棄的塑料垃圾的環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，不僅對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和水資源造成了巨大的環(huán)境污染，也嚴(yán)重浪費(fèi)了建筑資源。可再生塑料混凝土具有良好的塑性及韌性，通過將部分可再生塑料加入建筑混凝土中可以取代失去的部分細(xì)骨料，從而可以制備再生塑料混凝土，應(yīng)用于非承重性的建筑墻體，不僅有效降低生產(chǎn)的成本，還有效避免建筑資源的巨大浪費(fèi)。文章通過大量文獻(xiàn)介紹了在不同的因素下，再生塑料對建筑混凝土力學(xué)、物理性能的影響及其研究成果與現(xiàn)狀。

1 摻量對于再生塑料混凝土的影響

陳育志等[1]選取粒徑為4 mm的廢棄EPS塑料顆粒同時取代部分粗骨料和細(xì)骨料，等體積的塑料顆粒摻量采用0%、5%、10%、20%、30%、40%。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著摻量的增加，混凝土彎曲拉伸強(qiáng)度明顯降低。其中，塑料摻量為30%、40%時，再生塑料混凝土強(qiáng)度比普通混凝土降低了59.0%和72.6%；摻量由10%增大到20%，再生塑料混凝土強(qiáng)度降低速率最快；隨著再生塑料混凝土中塑料顆粒摻量從0%到40%，混凝土的彈性模量也呈明顯下降。其中，塑料摻量為40%時，而彈性模量下降了89.9%；隨著塑料顆粒的摻入量增加，再生塑料混凝土峰值應(yīng)變明顯提高，混凝土的脆性性能得到了明顯地提高和極大地改善，變形能力大幅提高。

趙云騰等[2]用ABS/PC塑料顆粒等體積取代細(xì)骨料制備出再生塑料混凝土，試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：隨著塑料顆粒摻量從5%、10%和15%的增加，再生塑料混凝土的重量及密度均出現(xiàn)不同程度的降低，重量與密度的降幅都在5%左右；28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均比普通混凝土高，隨著塑料顆粒摻量的增加，先增加后減少，在塑料顆粒摻量在5%時，立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度達(dá)到一個峰值。

楊樹桐等[3]采取將改性聚丙烯塑料用等質(zhì)量替代的方式取代細(xì)骨料制成再生塑料混凝土，廢棄塑料顆粒摻量分別為0%，2%，5%，7%，10%和15%。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：再生塑料混凝土中聚丙烯塑料顆粒的摻入，使得再生塑料混凝土的強(qiáng)度和韌性得到顯著增加。

其中，再生塑料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度隨著塑料顆粒摻量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；而隨著河砂摻量的減少和再生塑料摻量的增加，混凝土立方體的抗壓強(qiáng)度有所下降；再生塑料混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度趨勢基本保持一致，呈現(xiàn)先增加后減小的變化；隨著再生塑料顆粒摻量的增加從0%到15%，再生塑料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度明顯下降；而再生塑料混凝土的抗折和韌性強(qiáng)度隨著再生塑料摻量的增加而逐漸呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。

2 塑料的種類對于再生塑料混凝土的影響

趙育超等[4]通過對不同的塑料種類合成的再生塑料泡沫混凝土進(jìn)行基本性能的研究，發(fā)現(xiàn)ABS、MDPE、PP塑料合成的再生塑料泡沫混凝土性能較好。試驗(yàn)時首先對泡沫進(jìn)行制備，按照1∶30的比例將發(fā)泡劑與水混合，然后對混合物高速攪拌2～4 min，然后再將水泥、粉煤灰、水、砂、石及其減水劑放入攪拌機(jī)中攪拌2 min后，再放入塑料顆粒攪拌2 min，最后將已經(jīng)提前制備好的泡沫放入其中，混合攪拌2 min，接著制備成100 mm×100 mm×100 mm再生塑料泡沫混凝土，經(jīng)過24 h的標(biāo)準(zhǔn)自然養(yǎng)護(hù)后脫模放入恒溫恒濕的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)自然養(yǎng)護(hù)。最后對制作而成的再生塑料泡沫混凝土進(jìn)行干密度、吸水率和抗壓強(qiáng)度測試。

經(jīng)試驗(yàn)研究表明：試塊的干密度因所摻入的塑料種類不同而不同，摻入ABS顆粒的再生泡沫混凝土試塊干密度最大，而MDPE次之，PP最小，摻入的ABS、MDPE和PP塑料在不同程度上增加了再生泡沫塑料混凝土的干密度，分析原因很有可能因?yàn)樵偕芰吓菽炷林袚饺氲脑偕芰系拿芏却笥谂菽炷恋脑O(shè)計(jì)干密度；試塊的吸水率根據(jù)不同塑料的影響，發(fā)現(xiàn)沒有摻入塑料顆粒的混凝土的吸水率最大，摻入PP塑料顆粒的再生塑料混凝土吸水率次之，摻入MDPE和ABS塑料顆粒的再生塑料混凝土吸水率依次減小，其原因可能是摻入的ABS和MDPE塑料顆粒表面較為光滑且顆粒表面分布的孔隙較少，在一定程度上改變了再生塑料泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少了再生塑料泡沫混凝土試塊的孔隙率；不同種類的塑料添加后，再生塑料泡沫混凝土試塊抗壓強(qiáng)度差異性較大，大小強(qiáng)度的排序?yàn)锳BS＞MDPE＞未摻＞PP。分析其原因可能是因?yàn)樵偕芰匣炷猎噳K的壓縮強(qiáng)度和彈性模量不同，壓縮強(qiáng)度較大的塑料所制成的再生塑料泡沫混凝土試塊的抗壓能力也就越大，反之正好相反。另外，由于不同種類塑料的彈性模量不相同，導(dǎo)致再生塑料泡沫混凝土在受壓后變形不協(xié)調(diào)，使得再生塑料泡沫混凝土試塊產(chǎn)生一些微觀裂縫，從而對再生塑料泡沫混凝土抗壓性能產(chǎn)生影響。

3 塑料粗糙程度對于再生塑料混凝土的影響

龔?fù)矜玫萚5]將表面粗糙程度不一樣的ABS/PC塑料顆粒，用等體積取代細(xì)骨料的方式制成ABS/PC再生塑料混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明：ABS/PC再生塑料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均優(yōu)于普通混凝土。其中，粗糙的塑料顆粒摻量為3%～6%時，ABS/PC再生塑料混凝土呈現(xiàn)出較好的力學(xué)性能。

4 再生PP混凝土的試驗(yàn)研究

基于現(xiàn)有再生塑料混凝土的研究成果，考慮塑料的摻量、塑料的粒徑大小和齡期，制備再生PP塑料混凝土，研究PP塑料的摻量、PP塑料的粒徑大小和齡期對于再生PP塑料混凝土力學(xué)性能的影響。在試驗(yàn)時，首先采用實(shí)驗(yàn)室攪拌機(jī)對再生PP塑料混凝土進(jìn)行攪拌(使用攪拌機(jī)前應(yīng)先用水沖洗攪拌機(jī)內(nèi)壁使之不會在試驗(yàn)時因攪拌機(jī)內(nèi)壁吸附水而影響混凝土流動性不足)，其攪拌放料的先后順序分別為石子、砂、水泥先攪拌1 min后加入事先稱好的PP塑料顆粒、減水劑、膠粉和水，均勻撒在攪拌好的石子、砂、水泥中，再攪拌2 min，使石子的周圍被細(xì)骨料充分裹住。然后將攪拌好的拌合物倒在提前撒過水的地板磚上備用，以防止地面干燥吸水影響試驗(yàn)，用150 mm×150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體和100 mm×100 mm×300 mm的棱柱體模具將拌合物裝入其中，同時進(jìn)行再生PP塑料混凝土的塌落度試驗(yàn)，接著裝好模具后用振動臺將試件振動至拌合物表面出現(xiàn)水泥漿為止，經(jīng)過24 h后拆模并放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。最后養(yǎng)護(hù)28 d后用實(shí)驗(yàn)室RFP-03智能測力儀測試再生PP塑料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度fcuk和棱柱體抗壓強(qiáng)度fck，得到PP塑料的粒徑大小和齡期對于再生PP塑料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

5 研究展望

目前，關(guān)于塑料在混凝土領(lǐng)域中的研究還不夠深入，還沒有一個完善的理論體系，而且塑料再生混凝土在實(shí)際工程中的工程應(yīng)用還較少。因此，從以下方面可以作為研究方向：

(1)塑料顆粒的吸水性遠(yuǎn)比河砂好，因此在設(shè)計(jì)混凝土的水灰比時，應(yīng)尋找最佳的配合比；

(2)除了塑料顆粒種類、摻量、表面粗糙程度等對再生塑料混凝土的力學(xué)性能有影響，塑料顆粒的粒徑和形狀、外界環(huán)境的溫度等都會對再生塑料混凝土的強(qiáng)度有影響，這幾種因素還有待進(jìn)一步深入研究。