廢塑料在景觀砂漿中的應用及經濟性分析

李永紅 （淮南市工程建設標準定額站，安徽 淮南 232001）

1 引言

在國家大力推進節能減排和“綠水青山”建設的背景下，廢棄物的資源化利用和天然砂石替代品的開發成為建筑行業所要面臨的重要課題。廢塑料因產量巨大，不易降解，易產生毒害產物，對生態環境影響顯著，如何有效處置和利用廢塑料受到了廣泛的關注。

國內外學者研究表明，可采取塑料顆粒取代部分天然砂石制備廢塑料基混凝土或砂漿，不僅可實現規模化消納廢塑料巨大存量，還能一定程度緩解砂石原料緊缺問題，實現固廢高值資源化利用，潛力巨大。然而，研究發現，因廢塑料力學強度弱于所取代砂石，且彈性模量較低，在膠結體系中僅起到了簡單充填作用，并在受力后與周邊水泥漿脫離，成為空隙占位，顯著降低所制備混凝土或砂漿的力學性能。可見，廢塑料對砂漿力學性能的影響約束了其在該領域中的推廣與應用，尋找廢塑料水泥基膠結體的合適應用方向是非常必要的。

為此，本文提出采用廢塑料取代天然砂制備非承重景觀用砂漿，不僅避免廢塑料砂漿力學性質差的問題，而且還可提高其延性變形能力，減輕自重，對廢塑料的資源化應用具有重要意義?；诖?，本文采用廢塑料等體積替代河砂，研究了體積替代率與砂漿強度的關系，為廢塑料景觀砂漿的應用提供參考。

2 材料與方法

2.1 材料

采用海螺水泥有限公司出產的P.O.42.5水泥，水泥性質如表1所示。砂為普通淮河黃砂，細度模數為2.7，表觀密度2650 kg/m，水為普通自來水。塑料顆粒由浙江余姚公司生產，密度為0.92g/cm。

水泥的表觀密度和化學組成 表1

2.2 配合比

設計基準組水灰比為0.45，砂含量50%，采用廢塑料等體積替代河砂，替代量分別為0、15%、30%、45%、60%、70%和100%，見表2。

塑料砂漿配合比（g·kg-1） 表2

2.3 試驗方法

將新拌塑料砂漿澆入50 mm×50 mm×50 mm的立方體試模中，并放置在溫度為(23±1)℃和相對濕度＞95%的標準環境中養護24 h，拆模后繼續標準養護。測試各組試塊3d、7d和28d抗壓強度，4個試塊為一組，結果取平均值。在抗壓測試前，擦干試件表面水分，并用精密電子秤稱取試塊質量。

使用Sirion200型鎢燈絲掃描電子顯微鏡(SEM)研究塑料砂漿的微觀形貌，樣品達到對應齡期時用乙醇進行浸泡停止進一步水化。SEM測試前，用真空泵對樣品進行充分干燥。

3 結果與討論

3.1 抗壓強度

圖1給出了不同替代率下廢塑料砂漿的3d、7d和28d抗壓強度值?？傮w上看，隨著廢塑料替代河砂量的增多，砂漿的早期及長期強度都呈明顯的下降趨勢。砂漿的這種強度下降趨勢主要是由于廢塑料作為骨料強度遠不及河砂所致。然而，盡管用塑料100%替代河砂，28d砂漿抗壓強度相對于對照組減少達67.3%，但仍具有8.76MPa的抗壓強度，具有作為景觀砂漿的潛力。

圖1 不同替代率下廢塑料砂漿抗壓強度

3.2 抗壓強度降低率與塑料替代率的關系

圖2對塑料替代河砂率與砂漿抗壓強度降低率的關系進行了擬合，擬合結果表明二者近似成線性關系，這也與陳海明等研究相符。比較a,b,c三條曲線可以看出，c曲線各點離散性最低，最具代表性。由此，可得替代率與抗壓強度降低率經驗公式：

C=4.72+64.57r

其中：C為砂漿強度降低率；

r是塑料替代河砂率。此經驗公式可為廢棄塑料用作景觀砂漿提供參考。

3.3 微觀形貌分析

圖3為塑料砂漿28dSEM圖，其中a),b)為全河砂砂漿，c),d)塑料100%替代河砂。對比全河砂砂漿與全塑料砂漿SEM圖可發現，以河砂作為骨料的砂漿致密性較好，電鏡圖下幾乎觀察不到裸露的河砂顆粒，說明河砂與水化產物能夠較好地粘結在一起。而塑料作為骨料100%替代河砂時，能夠觀察到裸露的塑料表面，且水化產物與塑料顆粒間觀察到一定的空隙，同時形成了較弱的界面過渡區，這也是導致砂漿強度降低的原因之一。然而，塑料顆粒周圍聚集的水化產物也說明塑料對水化產物具有一定的凝聚力，具有替代河砂作為景觀砂漿骨料的潛力。

圖3 塑料砂漿電鏡圖: a),b)替代率0%;c),d)替代率100%.

3.4 經濟效益分析

圖4給出了3d，7d和28d不同塑料替代河砂率下砂漿試塊的質量變化。圖中可明顯看出，隨著替代率的增大，塑料砂漿試塊質量相對對照組明顯減小。尤其是塑料100%替代河砂時，28d砂漿試塊質量較對照組減少40.5%，由此算出，可減少砂漿質量899kg/m，說明塑料替代河砂作為骨料時，在具有一定的強度下，可大幅減小結構自重，具有作為景觀砂漿的潛力。

圖4 不同替代率塑料砂漿的質量

根據安徽省淮南市2021年第1期建設工程材料市場價格信息，42.5水泥525元/t，河砂190元/t，以替代率0%的R0組為成本價格，可推算各替代率下塑料砂漿經濟價值如圖5?？砂l現，體積替代率是影響塑料砂漿經濟價值的關鍵因素，替代率越大，經濟價值越高。隨著替代率的增大，塑料砂漿經濟價值從R0的0元/m逐漸提高到R100的258元/m。同時（結合圖4），塑料砂漿質量由R0的2210kg/m降低至R100的1311kg/m。

4 結論

本文研究了不同替代率下廢塑料景觀砂漿的性能的抗壓強度與微結構特征，得出以下結論：

①采用廢塑料取代天然砂會降低景觀砂漿的抗壓強度，強度降低率與廢塑料摻量近似成線性關系，但其抗壓強度仍能滿足景觀砂漿要求；

②廢塑料與水泥漿粘結力較差，存在較多空隙，形成薄弱界面；

③采用廢塑料取代河砂可大幅減小砂漿自重，顯著提高廢塑料經濟價值，具有突出的社會和經濟效益。