改性塑料對(duì)再生塑料混凝土力學(xué)性能的影響因素研究

周夏禹，錢錦華，屠雪飛，陳洋，楊驁 （宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

1 引言

在以方便快捷為生活基本理念的現(xiàn)在，便捷多樣的塑料贏得了人們的喜愛，成為人們生活中隨處可見的存在，但隨著廢棄塑料的增多，對(duì)環(huán)境也造成了不可避免的傷害。這不僅對(duì)地球上的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的污染,也嚴(yán)重浪費(fèi)了可再生資源的重復(fù)利用。可再生塑料混凝土不僅具有良好的塑性及韌性,而且在建筑混凝土中加入再生塑料取代部分細(xì)骨料,從而可以制備再生塑料混凝土，可應(yīng)用于非承重性的建筑墻體。此舉不僅一定程度上減小廢棄塑料對(duì)環(huán)境的污染，還在建筑工程上有一定的經(jīng)濟(jì)效益，甚至可以使商品混凝土具備新的特性。通過查閱大量文獻(xiàn)，本文淺析了在不同的影響因素下，再生塑料對(duì)建筑混凝土物理性能、力學(xué)的影響及其研究成果與現(xiàn)狀。

2 塑料摻量對(duì)于再生塑料混凝土性能的影響

在混凝土制作過程中，用塑料顆粒取代部分細(xì)骨料能夠使其具備較強(qiáng)作用效果，促使原有結(jié)構(gòu)得到改變。一方面，塑料與混凝土受壓時(shí)由于相似的彈性模量在一定范圍內(nèi)自身可以很好的變形協(xié)調(diào)。塑料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，混凝土中塑料的摻入一定程度上減小了混凝土整體的導(dǎo)熱系數(shù)，使混凝土的保溫性能得到提高。但是另一方面，等體積或等質(zhì)量取代部分細(xì)骨料的塑料顆粒加入后，制成的再生塑料混凝土抗壓強(qiáng)度要略低于普通塑料混凝土。塑料吸水性很差且不易與水發(fā)生水化反應(yīng)，雖然一定程度上可以在減少水的同時(shí)保證混凝土的基本和易性，但塑料自身的密度不高，因此在混凝土中可能會(huì)產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。相比于其他骨料，塑料顆粒不存在水化反應(yīng),此特征大大降低了骨料顆粒和其他構(gòu)件材料之間的黏結(jié)強(qiáng)度。

李明宇采用三乙醇胺溶液配合二次分散混合工藝，對(duì)EPP塑料進(jìn)行改性，選用改性后的EPP塑料顆粒作為粗骨料摻入到混凝土中，摻加的改性EPP塑料的堆積體積分別是混凝土總體積的40%、50%、60%、70%、80%。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著再生塑料顆粒摻入量的提高，其使混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)不斷減小，即其保溫和隔熱性能在不斷提高。

楊樹桐等選擇了用等質(zhì)量改性EPP塑料代替細(xì)骨材料的方法制成再生塑料混凝土，改性EPP塑料細(xì)骨材顆粒的摻量分別是0%、2%、5%、7%、10%、15%。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：再生塑料混凝土中摻入改性EPP塑料顆粒，使得再生塑料混凝土的強(qiáng)度和韌性得到明顯提升。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多而呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。再生塑料混凝土材料的劈斷和抗拉強(qiáng)度隨著再生塑料材質(zhì)顆粒摻量的提高而呈現(xiàn)出明顯減弱的趨勢(shì)；而且再生塑料混凝土的抗折韌性也會(huì)因?yàn)樵偕芰蠐饺肓康奶岣撸鸩匠尸F(xiàn)出先增多后減少的趨勢(shì)。

3 塑料的種類對(duì)于再生塑料混凝土的影響

趙育超等通過對(duì)不同種類塑料制成的再生塑料混凝土進(jìn)行基本性能的研究，發(fā)現(xiàn)摻入PP、ABS、MDPE塑料制成的再生塑料泡沫混凝土性能較好。混凝土中摻入三種塑料，試塊的干密度相對(duì)大小為ABS>MDPE>PP>未摻；試塊的吸水率相對(duì)大小為未摻>PP>MDPE>ABS，這可能是因?yàn)檫x用的PP顆粒表面存在一些孔洞,而MDPE和ABS顆粒表面較為光滑。趙育超通過對(duì)不同種類塑料制成的再生塑料混凝土進(jìn)行導(dǎo)熱性能的研究，混凝土中摻入三種塑料，試塊的導(dǎo)熱性能相對(duì)大小為MDPE>PP>ABS。三種塑料密度分別為PP塑料0.92g/cm，MDPE塑料0.94g/cm，ABS塑料1.05g/cm，三種塑料本身的密度都大于泡沫混凝土設(shè)計(jì)干密度值，因此加入后均使試塊干密度不同程度的上升。大多數(shù)塑料具有疏水性，故三種塑料的吸水率均低于未摻塑料的混凝土。選用的PP顆粒表面存在一些大小不同的孔洞,而MDPE和ABS顆粒表面較為光滑且孔洞較少，故PP塑料的吸水率要略大于其余兩種塑料。

再生塑料泡沫混凝土試塊抗壓強(qiáng)度差異性較大，相對(duì)大小強(qiáng)度為ABS＞MDPE＞未摻＞PP。這可能與不同種類塑料顆粒的性能有關(guān)，塑料的壓縮強(qiáng)度大小可能一定程度上影響再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。此外，塑料的種類不同，其彈性模量也不同，這可能引起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(duì)再生塑料泡沫混凝土抗壓性能產(chǎn)生影響。

4 改性劑對(duì)于再生塑料混凝土的影響

李明宇用三乙醇胺溶液配合二次分散混合工藝對(duì)EPP塑料改性，通過噴灑三乙醇胺溶液可以一定程度上解決EPP塑料顆粒的聚團(tuán)現(xiàn)象，再配合二次分散工藝，在一定程度上，可以解決塑料顆粒在制作過程中因疏水性而產(chǎn)生的上浮問題。選用改性后的EPP塑料顆粒作為粗骨料摻入到混凝土中，其中所添加的改性EPP塑料顆粒的綜合堆積體積分別占到了混凝土總體積的40%、50%、60%、70%、80%。摻加的改性EPP塑料的堆積體積分別為混凝土總體積的40%、50%、60%、70%、80%。試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著再生塑料顆粒摻入量的提高，其使混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)不斷減小,即其保溫和隔熱性能在不斷提高。

吳素瑤用聚乙烯醇溶液浸泡再生骨料，改性后的粒徑為4.75mm～20mm，故用改性后的再生骨料替代部分粗骨料；同時(shí)聚乙烯醇溶液在再生骨料表面形成一層薄膜，這使再生塑料內(nèi)部及外表面的孔洞減少，故再生骨料的強(qiáng)度上升。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：添加改性劑的再生混凝土抗壓強(qiáng)度與未添加改性劑的再生混凝土抗壓強(qiáng)度相比，前期后者大于前者，但后期尤其是28d之后，前者的抗壓強(qiáng)度開始超過后者。這可能是塑料表面疏水性較強(qiáng)，而改性劑減緩了塑料的疏水性，同時(shí)孔洞的減少也增加了骨料的抗壓強(qiáng)度，在一定程度上增強(qiáng)了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。

5 不同種類及摻量的再生塑料混凝土的試驗(yàn)研究

基于現(xiàn)有再生塑料混凝土的研究成果，考慮塑料的種類和摻量，制備再生塑料混凝土，研究不同種類的塑料及其摻量對(duì)于再生塑料混凝土力學(xué)性能的影響。在試驗(yàn)開始前，應(yīng)先用水沖洗攪拌機(jī)內(nèi)壁，以防在試驗(yàn)時(shí)因攪拌機(jī)內(nèi)壁吸附水而影響混凝土流動(dòng)性不足。首先我們采用了實(shí)驗(yàn)室攪拌器對(duì)石子、砂、塑料顆粒和水泥進(jìn)行了攪拌，其中在攪拌過程中投料的先后順序是石子、砂、塑料顆粒、水泥首先進(jìn)行攪拌，2min后加入事先標(biāo)稱好的水，均勻地撒在已經(jīng)攪拌好的石子、砂、塑料顆粒、水泥中，再連續(xù)攪拌3 min，使得再生混凝土充分拌勻。然后將已經(jīng)攪拌好的混凝土和拌合物均勻地倒于提前清洗好的地板磚上備用，以防止混凝土地面干燥吸水對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響，用 150mm×150mm×150mm 的標(biāo)準(zhǔn)立方體模具將混凝土和拌合物分別裝入其中,接著把已經(jīng)裝好的模具放到一個(gè)振動(dòng)臺(tái)上繼續(xù)振動(dòng)至混凝土和拌合物的表面浮起來為止，經(jīng)過24h后拆模，并再次放入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)房內(nèi)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塑料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度f，得到不同種類塑料及不同摻量對(duì)于再生塑料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

6 改性PP塑料混凝土的試驗(yàn)研究

基于現(xiàn)有再生塑料混凝土的研究成果，考慮改性劑的使用與改性后PP塑料的摻量，制備再生塑料混凝土，研究改性劑的使用與改性PP塑料的摻量對(duì)于再生塑料混凝土力學(xué)性能的影響。首先在稱量好的PP塑料表面噴灑三乙醇胺溶液，噴灑均勻后，以其為核包裹一定量的水泥形成“核殼結(jié)構(gòu)”，并以此充當(dāng)粗骨料。在試驗(yàn)開始前，應(yīng)先用水沖洗攪拌機(jī)內(nèi)壁，以防在試驗(yàn)時(shí)因攪拌機(jī)內(nèi)壁吸附水而影響混凝土流動(dòng)性不足。首先我們采用了實(shí)驗(yàn)室攪拌器對(duì)各種再生塑料混凝土的干料均勻地進(jìn)行了攪拌,其中按照攪拌和放料的順序依次分別是石子、改性PP塑料、砂、水泥首先進(jìn)行攪拌,2min后加入事先稱好的水，均勻撒在已經(jīng)攪拌好的石子、改性PP塑料、砂、水泥中，再連續(xù)攪拌3min，使得再生混凝土充分地拌勻。再攪拌3 min，使再生混凝土充分拌勻。然后將已經(jīng)攪拌好的混凝土和拌合物均勻地倒于提前清洗好的地板磚上備用，以防止混凝土地面干燥吸水對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響，用150mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體模具將混凝土和拌合物分別裝入其中，接著把已經(jīng)裝好的模具放到一個(gè)振動(dòng)臺(tái)上繼續(xù)振動(dòng)至混凝土和拌合物的表面浮起來為止，經(jīng)過24h后拆模并再次放入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)房內(nèi)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塑料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度f，得到不同種類塑料及不同摻量對(duì)于再生塑料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

7 研究展望

目前，關(guān)于塑料及其改性在混凝土領(lǐng)域中的研究還不夠深入，還沒有一個(gè)完善的理論體系，而且塑料再生塑料混凝土在實(shí)際工程中應(yīng)用還較少。因此，以下幾個(gè)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(shí)，應(yīng)尋找最佳的配合比；

②對(duì)可再生塑料使用的三乙醇胺溶液，雖然有學(xué)者曾用過不同濃度三乙醇胺溶液對(duì)再生骨料進(jìn)行改性，但是對(duì)不同三乙醇胺溶液改性對(duì)再生混凝土的影響，尚未有人涉及；

③根據(jù)三乙醇改性后的改性EPP塑料混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律，28d后三乙醇改性的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度可能還有一定程度的增長，三乙醇改性對(duì)再生混凝土長期力學(xué)性能的影響，還有待研究。