改性塑料對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，對環(huán)境也造成了不可避免的傷害。這不僅對地球上的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的污染,也嚴(yán)重浪費了可再生資源的重復(fù)利用?？稍偕芰匣炷敛粌H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環(huán)境的污染，還在建筑工程上有一定的經(jīng)濟效益，甚至可以使商品混凝土具備新的特性。通過查閱大量文獻，本文淺析了在不同的影響因素下，再生塑料對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)強度。

李明宇采用三乙醇胺溶液配合二次分散混合工藝，對EPP塑料進行改性，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%。實驗研究結(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度和韌性得到明顯提升。再生塑料混凝土的立方體抗壓強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。再生塑料混凝土材料的劈斷和抗拉強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；而且再生塑料混凝土的抗折韌性也會因為再生塑料摻入量的提高，而逐步呈現(xiàn)出先增多后減少的趨勢。

3 塑料的種類對于再生塑料混凝土的影響

趙育超等通過對不同種類塑料制成的再生塑料混凝土進行基本性能的研究，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，試塊的干密度相對大小為ABS>MDPE>PP>未摻；試塊的吸水率相對大小為未摻>PP>MDPE>ABS，這可能是因為選用的PP顆粒表面存在一些孔洞,而MDPE和ABS顆粒表面較為光滑。趙育超通過對不同種類塑料制成的再生塑料混凝土進行導(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度差異性較大，相對大小強度為ABS＞MDPE＞未摻＞PP。這可能與不同種類塑料顆粒的性能有關(guān)，塑料的壓縮強度大小可能一定程度上影響再生混凝土的抗壓強度。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，從而對再生塑料泡沫混凝土抗壓性能產(chǎn)生影響。

4 改性劑對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，故再生骨料的強度上升。試驗發(fā)現(xiàn)：添加改性劑的再生混凝土抗壓強度與未添加改性劑的再生混凝土抗壓強度相比，前期后者大于前者，但后期尤其是28d之后，前者的抗壓強度開始超過后者。這可能是塑料表面疏水性較強，而改性劑減緩了塑料的疏水性，同時孔洞的減少也增加了骨料的抗壓強度，在一定程度上增強了再生混凝土的抗壓強度。

5 不同種類及摻量的再生塑料混凝土的試驗研究

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于再生塑料混凝土力學(xué)性能的影響。在試驗開始前，應(yīng)先用水沖洗攪拌機內(nèi)壁，以防在試驗時因攪拌機內(nèi)壁吸附水而影響混凝土流動性不足。首先我們采用了實驗室攪拌器對石子、砂、塑料顆粒和水泥進行了攪拌，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試驗產(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振動臺上繼續(xù)振動至混凝土和拌合物的表面浮起來為止，經(jīng)過24h后拆模，并再次放入一個標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護房內(nèi)進行養(yǎng)護。最后養(yǎng)護28 d后，用實驗室RFP-03智能測力儀測試再生塑料混凝土的立方體抗壓強度f，得到不同種類塑料及不同摻量對于再生塑料混凝土抗壓強度的影響。

6 改性PP塑料混凝土的試驗研究

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。在試驗開始前，應(yīng)先用水沖洗攪拌機內(nèi)壁，以防在試驗時因攪拌機內(nèi)壁吸附水而影響混凝土流動性不足。首先我們采用了實驗室攪拌器對各種再生塑料混凝土的干料均勻地進行了攪拌,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試驗產(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振動臺上繼續(xù)振動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標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護房內(nèi)進行養(yǎng)護。最后養(yǎng)護28 d后，用實驗室RFP-03智能測力儀測試再生塑料混凝土的立方體抗壓強度f，得到不同種類塑料及不同摻量對于再生塑料混凝土抗壓強度的影響。

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，還沒有一個完善的理論體系，而且塑料再生塑料混凝土在實際工程中應(yīng)用還較少。因此，以下幾個方面可以作為研究方向：

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

②對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再生骨料進行改性，但是對不同三乙醇胺溶液改性對再生混凝土的影響，尚未有人涉及；

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