廢舊塑料骨料對砂漿力學(xué)性能的影響試驗研究

李啟強，張海波，馬龍華，金龍

（河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作454100）

0 引言

隨著塑料制品工業(yè)的飛速發(fā)展，大量塑料制品被廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，2008年，我國塑料消費總量達5 194.4萬t，居世界第二位；同年，國內(nèi)廢棄塑料回收量約900萬t，回收率約22%。在塑料制品工業(yè)蓬勃發(fā)展的同時,由于塑料制品使用周期短，分解速度慢,生物降解差，因而許多廢棄塑料成為城市固體垃圾，造成嚴重的“白色污染”。如此大量的廢舊塑料危害環(huán)境，必須要進行回收再利用。國外處理回收廢棄塑料的主要方法是丟棄、掩埋、焚燒或者運往他國。廢棄塑料的回收利用受到越來越廣泛的關(guān)注，將其破碎成顆?；蚍勰┲苯訐饺肫渌牧现?，是廢棄塑料回收再利用的最佳選擇。利用塑料廢棄物來制備水泥砂漿、混凝土是可行的，Marzoukoy等將廢棄PET瓶破碎成顆粒后按照不同體積替代率將其加入混凝土中，結(jié)果表明，再生塑料的顆粒粒徑、替代率對混凝土性能有重要影響。

本文將廢舊塑料薄膜按照不同形狀和取代量加入水泥砂漿中，對其流動性及力學(xué)性能進行實驗研究，并分析取代量、形狀等因素對水泥砂漿性能的影響，為廢舊塑料薄膜在水泥砂漿中的有效利用提供基礎(chǔ),為綠色處理尋找新的途徑。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥為焦作堅固水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級復(fù)合硅酸鹽水泥；砂子采用建筑用中砂，細度模數(shù)為2.7，表觀密度2.62×103 kg/m3；水為自來水；減水劑為焦作協(xié)力建材生產(chǎn)的“萘系”高效減水劑；塑料薄膜骨料由廢舊購物袋剪切而成,一種為邊長1 cm左右的方形薄膜（圖1）,一種為1 cm×5 cm左右的長條形薄膜（圖2）。

圖1 1 cm x1 cm方形薄膜

圖2 1 cm x5 cm長條形薄膜

1.2 試樣制備

為了研究塑料薄膜骨料形狀和摻量對砂漿性能的影響，以塑料薄膜骨料等重量取代砂漿中的砂子，按表1所示的配合比進行拌制，在40 mm× 40 mm×160 mm的鋼模中成型，在20℃、相對濕度為95%條件下養(yǎng)護1 d后脫模，放入20℃水中繼續(xù)養(yǎng)護至28 d，取出進行相關(guān)試驗。由于塑料薄膜的質(zhì)量較輕，所以本試驗所選的取代比例分別為0.2%，0.5%，1%。

1.3 試驗方法

新拌砂漿按GB/T 2419-2005進行跳桌流動度測試；養(yǎng)護到齡期的砂漿試樣采用WDW-20電子萬能材料試驗機測試試樣抗折強度；TYE-300B型壓力試驗機測試折斷試樣的抗壓強度。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 試樣流動度

新拌砂漿流動度測試結(jié)果如圖3所示，可以看出，隨塑料薄膜取代量的增加，砂漿的流動度呈下降趨勢，在0～0.2%時，流動度迅速下降，其后流動度下降較為緩和。方形薄膜骨料在取代量為0.5%時，砂漿難以流動；長條形薄膜骨料在取代量為1%時，砂漿難以流動，此時減水劑對其流動度沒有改善作用；在取代量為1%時，砂漿和易性較差,成型困難。

圖3 塑料薄膜骨料取代量與流動度的關(guān)系

塑料薄膜骨料摻入砂漿中，嚴重影響了砂漿的流動性，展開的塑料片阻礙了砂漿中自由水的運動，對砂漿和易性影響很大，較低摻量下會使砂漿松散，難以成型。

2.2 試樣抗折強度

塑料薄膜骨料對砂漿抗折強度影響測試結(jié)果如圖4所示，隨著塑料薄膜骨料取代量的增加，抗折強度呈降低趨勢。當取代量為0.2%時，長條形薄膜骨料砂漿試樣與空白試樣相比抗折強度降低了32%；方形薄膜骨料砂漿試樣抗折強度降低了26%，隨后長條形薄膜骨料在較高摻量（0.5%、1%）時，砂漿抗折強度變化不大，甚至有所增加。

塑料薄膜骨料與水泥基體間彈性模量的巨大差異和薄弱的界面結(jié)合會使砂漿強度大幅降低。對于塑料骨料，由于其嚴重影響砂漿成型性能，展開的塑料骨料影響了水泥砂子之間的相互粘接，塑料骨料自身在砂漿抗折過程中易于斷裂，所以塑料骨料在低摻量下便會使砂漿抗折強度大幅度降低。塑料自身具有一定的塑性，在砂漿抗折破壞過程中可以吸收裂紋尖端的能量而阻止裂紋的擴展，所以當摻量較高時砂漿抗折強度變化不大。

表1 配置砂漿各種成分的用量

圖4 塑料薄膜骨料取代量與抗折強度的關(guān)系

2.3 試樣抗壓強度

塑料薄膜骨料對砂漿抗壓強度影響測試結(jié)果如圖5所示，隨著塑料薄膜骨料取代量的增加，試塊抗壓強度均迅速下降。特別是方形薄膜骨料試塊，降低幅度較大。在取代量為0.2%時，其試樣與空白試樣相比抗壓強度降低了26.2%；在取代量為1%時，試樣抗壓強度降低了41.1%。從圖5可以看出，塑料薄膜取代量與抗壓強度存在著線性關(guān)系。對于方形試樣，其回歸公式為式1，相關(guān)系數(shù)為0.9763；對于長條形試樣，其回歸公式為式2，相關(guān)系數(shù)為0.998；線性關(guān)系都比較顯著。

圖5 塑料薄膜骨料取代量與抗壓強度的關(guān)系

2.4 試樣的韌性指數(shù)

混凝土抗折強度和抗壓強度的比值稱為混凝土的韌性指數(shù)，用來表示混凝土在破壞時吸收能量的大小。砂漿的韌性指數(shù)隨塑料骨料摻量變化規(guī)律如圖6所示，隨塑料薄膜骨料摻量的增加，方形薄膜骨料試樣韌性增加；長條形薄膜骨料試樣在摻量為0.2%時，韌性指數(shù)下降，隨后試樣韌性增加。砂漿為脆性材料，破壞時裂縫擴展迅速，沒有能阻止裂紋擴散的因素所在；長條形薄膜骨料在摻量為0.2%時，影響了砂漿的界面結(jié)合，試樣韌性下降，隨著摻量的增加，自身具有一定的塑性，塑料薄膜骨料在裂紋擴展過程中發(fā)生了較大變形，吸收了部分能量從而阻止裂紋的擴展，從而改善了砂漿的韌性。

圖6 塑料薄膜骨料取代量與韌性指數(shù)的關(guān)系

3 結(jié)論

（1）隨著塑料薄膜骨料取代量的增加，方形薄膜骨料砂漿試樣和長條形薄膜骨料砂漿試樣的流動度和抗壓強度都呈下降趨勢。

（2）塑料薄膜骨料取代量在0～0.2%區(qū)間內(nèi)，兩試樣抗折強度大幅度降低，隨后方形薄膜骨料砂漿試樣的抗折強度呈下降趨勢；長條形薄膜骨料砂漿試樣抗折強度變化不大，甚至有所增加。

（3）隨著塑料薄膜骨料摻量的增加，方形薄膜骨料砂漿試樣韌性增加；長條形薄膜骨料砂漿試樣在摻量為0.2%時，韌性指數(shù)下降，隨后試樣韌性增加。

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