廢舊復(fù)合材料井蓋研究與應(yīng)用

馬興遨　黃丹丹　焦曉磊

【摘? ? 要】： 針對(duì)鑄鐵井蓋易丟失，而廢舊復(fù)合材料井蓋還沒(méi)有形成大規(guī)模工廠化生產(chǎn)的問(wèn)題，采用廢塑料、粉煤灰和垃圾爐渣為主材，加以增強(qiáng)劑、增塑劑、熱穩(wěn)定劑等，經(jīng)高溫、高壓、捏煉、靜壓、冷卻成型等工藝加工制成廢舊復(fù)合材料井蓋，對(duì)其抗壓強(qiáng)度、承載能力、抗凍融性能、耐酸堿性能及抗老化性能等技術(shù)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：廢舊復(fù)合材料井蓋其承載能力和技術(shù)性能能夠滿足路用要求，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本低。

【關(guān)鍵詞】： 道路工程；井蓋；廢舊復(fù)合材料

【中圖分類號(hào)】：TU990.3【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）05-14-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.004

Research and Application of Waste Composite Manhole Cover

MA Xingao， HUANG Dandan， JIAO Xiaolei

（1. Tianjin Yuansheng Longchang Construction Co. Ltd.， Tianjin 300353， China； 2. Tianjin Guoteng Highway Consulting and Supervision Co. Ltd. ， Tianjin 300210， China；3. Tianjin Highway Development Service Center， Tianjin 300170， China）

【Abstract】：Aiming at the problem that cast iron manhole covers are easy to lose， large-scale factory production of waste composite manhole covers has not yet formed， this paper uses waste plastics， fly ash and garbage slag as the main materials， and addsreinforcers， plasticizers， heat stabilizers， etc， to process waste composite manhole covers through high temperature， high pressure， kneading， static pressure， cooling molding and other processes. Its compressive strength， bearing capacity， freeze-thaw resistance， acid and alkali resistance， aging resistance and other technical properties are tested and studied. The test results show that the bearing capacity and technical performance of the waste composite manhole cover can meet the demand， the production process is simple， the production cycle is short， the production cost is low.

【Key words】：road engineering; well cover;waste composite materials

檢查井蓋95％以上為鑄鐵井蓋[1～3]；鑄鐵井蓋經(jīng)常丟失， 極大影響了公路的安全性、舒適性 [4～6]。使用由廢舊材料加工的復(fù)合材料井蓋能從根本上解決檢查井蓋丟失問(wèn)題；但是，廢舊復(fù)合材料井蓋還沒(méi)有形成大規(guī)模工廠化生產(chǎn)，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的技術(shù)性能研究，沒(méi)有形成完善的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文以廢塑料、粉煤灰和垃圾爐渣為主材，加以增強(qiáng)劑、增塑劑、熱穩(wěn)定劑等，經(jīng)高溫、高壓、捏煉、靜壓、冷卻成型，制成不同規(guī)格、不同顏色的井蓋、井箅等并對(duì)其抗壓強(qiáng)度、承載能力、抗凍融性能、耐酸堿性能及抗老化性能等技術(shù)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，評(píng)價(jià)其應(yīng)用效果。

1 原材料

1.1 廢塑料

選用主要成分是聚乙烯材質(zhì)的廢塑料，無(wú)有毒物質(zhì)和放射性物質(zhì)，符合環(huán)保要求。廢塑料外觀顏色不影響其使用效果，使用前無(wú)需特殊處理，只通過(guò)漂洗晾干，篩除生產(chǎn)時(shí)摻加的土粒即可。

1.2 粉煤灰

大港電廠生產(chǎn)的粉煤灰，外觀呈灰色粉末狀，松方密度約為0.85 g/cm3，，依據(jù)GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》檢測(cè)其技術(shù)指標(biāo)，屬于II級(jí)粉煤灰。見(jiàn)表1。

1.3 垃圾爐渣

試驗(yàn)用垃圾爐渣取自雙港垃圾發(fā)電廠，呈松散粉末狀，天然含水量約為8%，松方密度為0.98 g/cm3。垃圾爐渣顆粒粒徑較粗，需要對(duì)垃圾爐渣進(jìn)行篩分，取0.6 mm篩孔以下的部分用于井蓋生產(chǎn)。

垃圾爐渣與粉煤灰成分相似，因此擬采用摻加粉煤灰和摻加垃圾爐渣兩種試驗(yàn)方案試制井蓋。見(jiàn)表2。

2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)

2.1 各種材料的最佳配比

1）將備好的廢塑料和粉煤灰、垃圾爐渣分別稱重，按照廢塑料、粉煤灰質(zhì)量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和廢塑料、垃圾爐渣質(zhì)量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1混合均勻，不同比例摻量的材料試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

廢塑料、粉煤灰按照2∶1、3∶1的比例混合后，因粉煤灰多，廢舊復(fù)合材料不能成型，按照5∶1的比例則彈性過(guò)大，最終選定廢塑料和粉煤灰質(zhì)量比為4∶1。同法，確定廢塑料和垃圾爐渣的質(zhì)量比為3∶1。

2）按照0.5%、1%、1.5%、2%4種質(zhì)量比來(lái)確定復(fù)合樹(shù)脂增強(qiáng)劑的最佳摻加量，不同摻量增強(qiáng)劑的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

增強(qiáng)劑加入量少，廢舊復(fù)合材料剛度不足，彈性大；加入量大，則剛度過(guò)大，材料脆性大，最終確定增強(qiáng)劑的摻加量為1%。

2.2 生產(chǎn)溫度

1）確定初步加熱溫度。選取120、140、160、180、200 ℃5個(gè)不同溫度進(jìn)行加熱分析比較，最終確定初步加熱溫度為150～160 ℃。

2）確定捏練溫度。選取160、180、200 ℃3個(gè)不同溫度進(jìn)行加熱捏練分析比較，最終確定捏練溫度為180 ℃。

3）確定捏練時(shí)間。選用10、20、30、40 min4個(gè)不同時(shí)間進(jìn)行加熱捏練分析比較，最終確定捏練時(shí)間為20 min。

3 生產(chǎn)工藝

3.1 原材料準(zhǔn)備

把按照GB/T 1596—2017要求檢測(cè)合格的粉煤灰和垃圾爐渣分別堆放在帶罩棚的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，以方便取用。

3.2 配料

將備好的廢塑料和粉煤灰或垃圾爐渣分別稱重，按照廢塑料和粉煤灰質(zhì)量比4∶1、廢塑料和垃圾爐渣質(zhì)量比3∶1的比例混合均勻，人工拌和。

3.3 混合加溫

用加溫轉(zhuǎn)爐將廢塑料加熱至150～160 ℃。加溫轉(zhuǎn)爐主體為直徑約1 m、長(zhǎng)約3 m的圓柱形鐵桶，使用煤炭加熱，將配好的原材料約100 kg加入轉(zhuǎn)爐中加熱30 min左右，溫度達(dá)到要求后把混合料取出，其外觀為黑色松散狀混合物。

3.4 高溫捏練

將加熱后的混合料添加到捏練機(jī)中，加入1%的復(fù)合樹(shù)脂增強(qiáng)劑，在成型機(jī)中加熱至180 ℃±5 ℃，攪拌10～20 min。捏練好的混合料呈黑色塑性膏體狀，密度為1.25 g/cm3。見(jiàn)圖1。

3.5 分割稱重

按井蓋所需的材料質(zhì)量稱取拌和好的混合料，放入成型機(jī)中，加壓成型穩(wěn)定1 h，通過(guò)循環(huán)冷卻到常溫后脫模。

分割稱重時(shí)，根據(jù)不同的型號(hào)井蓋、井箅稱取，井箅稱取質(zhì)量為37 kg，井蓋稱取重量為110 kg。

3.6 成型

根據(jù)使用部位和使用功能的不同，在高溫捏練時(shí)加入不同顏色的礦物顏料，可以制成不同尺寸、不同顏色的井蓋、井箅、樹(shù)穴、防眩板等。

3.7 成品檢測(cè)

井蓋成型后，根據(jù)CJ/T 121—2000《再生樹(shù)脂復(fù)合材料檢查井蓋》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀檢測(cè)和技術(shù)性能檢測(cè)，滿足要求后方可出廠。

4 技術(shù)性能研究

對(duì)兩種混合料制成的井蓋進(jìn)行材料抗壓性能、承載能力、耐酸堿性能、抗老化性能和凍融循環(huán)試驗(yàn)，驗(yàn)證其技術(shù)性能[5]。

4.1 抗壓強(qiáng)度

用鉆芯機(jī)在制作好的井蓋上鉆芯取樣，制成直徑10 cm、高10 cm的試件，每3個(gè)試件為一組，取平均值。見(jiàn)表5和表6。

表5 粉煤灰復(fù)合材料井蓋抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

采用粉煤灰復(fù)合材料和垃圾爐渣復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度相差不大，抗壓強(qiáng)度介于鑄鐵材料和混凝土材料之間，可以作為主材制作井蓋。見(jiàn)表7。

4.2 承載能力

承載能力是反映井蓋承載強(qiáng)度的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)成套檢查井蓋進(jìn)行加載試驗(yàn)，測(cè)量井蓋的變形量來(lái)確定其承載能力。見(jiàn)表8。

采用粉煤灰和垃圾爐渣的廢舊復(fù)合材料井蓋承載能力介于鑄鐵井蓋和混凝土井蓋之間，符合CJ/T 121—2000要求。見(jiàn)表9。

4.3 耐酸堿性

耐酸堿試驗(yàn)檢測(cè)廢舊復(fù)合材料抗腐蝕的能力。取同一批次的井蓋，用鉆芯機(jī)在制作好的井蓋上鉆芯取樣，制成直徑10 cm、高10 cm的試件，每6個(gè)試件為一組，計(jì)算浸泡后試件與浸泡前試件的抗壓強(qiáng)度損失。試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用粉煤灰和采用垃圾爐渣的廢舊復(fù)合材料浸泡后抗壓強(qiáng)度損失不大，其耐酸堿性能均滿足路用要求。

4.4 抗老化性能

采用熱老化試驗(yàn)方法，制成40 mm×40 mm×160 mm試件，每6塊為一組，取其中3塊檢驗(yàn)其抗折強(qiáng)度，把其余3塊置于80 ℃±2 ℃的烘箱中養(yǎng)護(hù)7 d，在室溫下冷卻24 h后，檢測(cè)抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果以試件抗折強(qiáng)度相對(duì)變化率表示。結(jié)果顯示，采用粉煤灰和垃圾爐渣復(fù)合材料熱老化后抗折強(qiáng)度損失很小，對(duì)井蓋路用性能影響不大。

4.5 凍融試驗(yàn)

參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》，制取10 cm×10 cm×10 cm的試件，每6塊為一組，取其中3塊檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，其余3塊放置在-20 ℃±2 ℃低溫試驗(yàn)箱中凍融循環(huán)25次，檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果以凍融抗壓強(qiáng)度損失率表示。結(jié)果顯示，兩種廢舊復(fù)合材料凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果相差不大，均能滿足路用性能要求。

5 經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，對(duì)復(fù)合材料、鑄鐵、混凝土3種材質(zhì)的井蓋價(jià)格進(jìn)行分析。見(jiàn)表10。

井蓋價(jià)格隨規(guī)格不同而不同，總的來(lái)說(shuō)，鑄鐵井蓋價(jià)格最高，混凝土井蓋價(jià)格最低，采用粉煤灰和垃圾爐渣的廢舊復(fù)合材料井蓋價(jià)格介于鑄鐵井蓋和混凝土井蓋之間，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)論

1）采用廢塑料、粉煤灰或垃圾爐渣制成廢舊復(fù)合材料井蓋其承載能力和技術(shù)性能能夠滿足路用要求，而且能夠有效防止井蓋被盜現(xiàn)象。

2）廢舊復(fù)合材料井蓋生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)周期短，能夠減少能源消耗，其造價(jià)介于混凝土和鑄鐵材料井蓋之間，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]JC 889—2001，鋼纖維混凝土檢查井蓋[S]．

[2]石言浩.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧井蓋管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京理工大學(xué)，2021.

[3]張學(xué)磊.城市窨井蓋治理及智慧化改造[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2023，（3）：89-91.

[4]蘇孟凱，劉良超，白? ? 瑾.預(yù)制混凝土檢查井的施工技術(shù)[C].《施工技術(shù)》雜志社，亞太建設(shè)科技信息研究院有限公司.2022年全國(guó)土木工程施工技術(shù)交流會(huì)論文集（中冊(cè)）.《施工技術(shù)（中英文）》編輯部，2022.

[5]莫俊聰.建設(shè)工程用檢查井蓋殘留變形試驗(yàn)裝置的研制與應(yīng)用[J].廣東建材，2022，38（11）：27-29.

[6]陳夢(mèng)月.基于智能化的井蓋快速檢測(cè)及路框差評(píng)定技術(shù)研究[J].廣東土木與建筑，2022，29（9）：4-8.