再生塑料輕質(zhì)混凝土應(yīng)用性能試驗及結(jié)果分析

摘 要：為分析再生塑料輕質(zhì)混凝土在建筑工程中的應(yīng)用效果，將廢棄塑料制備為再生塑料顆粒，在其取代砂子的替代率分別是20%、40%、60%、80%的條件下，分析再生塑料輕質(zhì)混凝土試件的干表觀密度、吸水性以及抗壓強度，試驗結(jié)果顯示，當替代率條件為20%時，試件干表觀密度、吸水性以及抗壓強度狀態(tài)最優(yōu)；結(jié)合最優(yōu)配合比條件制備混凝土梁，將其投入建筑工程應(yīng)用后，再生塑料輕質(zhì)混凝土梁試件的峰值荷載、峰值撓度、峰值拉應(yīng)變、極限拉應(yīng)變均優(yōu)于普通混凝土，能夠減少建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷；但再生塑料輕質(zhì)混凝土梁試件的自生收縮應(yīng)變大于普通混凝土，實際應(yīng)用時需考慮此方面問題；該材料利大于弊，在建筑工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：再生塑料；輕質(zhì)混凝土；抗壓強度；疲勞檢測；自生收縮

中圖分類號：TQ172.79""""""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A"""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1001-5922（2024）07-0080-04

Application performance test and result analysis

of recycled plastic lightweight concrete

WANG Helong

（Zaozhuang Housing Construction Development Center，Zaozhuang 277899，Shandong China）

Abstract： To analyze the application effect of recycled plastic lightweight concrete in construction engineering， waste plastic was prepared into recycled plastic particles，under the conditions of 20%， 40%， 60%， and 80% replacement rates of sand， the dry apparent density， water absorption， and compressive strength of recycled plastic lightweight concrete specimens were analyzed. The test results showed that when the substitution rate condition was 20%， the dry apparent density， water absorption， and compressive strength of the specimen were the best. After the concrete beams were prepared under the optimal mix ratio conditions and put into construction engineering， the peak load， peak deflection， peak tensile strain， and ultimate tensile strain of recycled plastic lightweight concrete beam specimens were better than those of ordinary concrete， which could reduce the damage of building structural components.. However， the self generated shrinkage strain of recycled plastic lightweight concrete beam specimens was greater than that of ordinary concrete， and this issue needs to be considered in practical applications. The advantages of this material outweigh the disadvantages， and it has broad application prospects in the field of construction engineering.

Key words： recycled plastics；lightweight concrete； compressive strength；fatigue testing；autogenous shrinkage

再生塑料輕質(zhì)混凝土是一種新型建筑材料，它以廢棄塑料材料為主要原料，經(jīng)過加工處理后，與水泥、砂、石等材料混合而成。這種材料具有輕質(zhì)、高強度、節(jié)能環(huán)保等特點。已有研究人員將廢棄塑料進行再生處理，制備再生塑料輕質(zhì)混凝土，如認為再生塑料使用比例，直接影響混凝土力學(xué)性能［1］；使用二甲基二氯硅烷對廢棄塑料PVC進行改性再生，把再生的MPVC與PVC以填料的身份，加入再生塑料混凝土復(fù)合材料的制備環(huán)節(jié)中［2］。非輕質(zhì)混凝土則通常用于構(gòu)建重型建筑結(jié)構(gòu)，如高層建筑、橋梁等，使用范圍存在局限。因此，研究再生塑料輕質(zhì)混凝土在建筑工程中的運用方法，探求一種提高建筑物質(zhì)量的再生塑料輕質(zhì)混凝土制備方法［3］。

1" "試驗材料與方法

1.1"" 材料與設(shè)備

試驗材料主要為P·O42.5水泥、廢棄塑料、粗細骨料以及硅烷偶聯(lián)劑。

1.2"" 試劑、儀器設(shè)備信息以及數(shù)據(jù)分析軟件

純乙醇，山東辰宇化工有限公司；硅烷偶聯(lián)劑，杭州杰西卡化工有限公司；HZS25混凝土攪拌機，鄭州市昌利機械制造有限公司；YF-401A干燥箱，揚州市源峰檢測設(shè)備有限公司；NLDC恒溫水槽，江蘇奈樂儀器設(shè)備制造有限公司；應(yīng)變片，湖南中崎科技有限公司；振搗棒，臥龍振動機械有限公司；JY-320D打磨機，上海江亞實業(yè)有限公司；墨斗、墨線，龍港市錦言工藝品廠；CTM2050微機控制電子萬能試驗機，協(xié)強儀器制造（上海）有限公司；543-490B千分表，青島卓研測量儀器有限公司。

試驗數(shù)據(jù)使用Excel2019進行數(shù)據(jù)分析。

1.3"" 試驗方法

1.3.1"" 再生塑料顆粒制作

設(shè)置純乙醇和水的比例是19∶1，使用純乙醇，將醇水混合液pH值調(diào)節(jié)在［3，4］內(nèi)，慢慢放進一定量的硅烷偶聯(lián)劑，制備獲取0.75%的偶聯(lián)劑液體［4?6］。之后把再生塑料顆粒融入偶聯(lián)劑液體放置15 min之后，將其提取放在室溫環(huán)境中干燥，生成KH570型硅烷偶聯(lián)劑改良再生塑料顆粒（簡稱再生塑料顆粒）［7］。

1.3.2"" 建筑工程中再生塑料輕質(zhì)混凝土試件的設(shè)計

使用混凝土攪拌機制備建筑工程中再生塑料輕質(zhì)混凝土試件［8］。首先把水泥、粗細骨料、再生塑料顆粒、水放入混凝土攪拌機進行攪拌。制備為再生塑料輕質(zhì)混凝土漿體，再將此漿體倒進方形磨具，此磨具的長、寬、高都是100 mm，自然養(yǎng)護24 h便可脫模，完成建筑工程中再生塑料輕質(zhì)混凝土試件設(shè)計［9］。

為制備滿足建筑工程使用需求的建筑工程中再生塑料輕質(zhì)混凝土試件，需合理設(shè)置再生塑料輕質(zhì)混凝土試件的配合比［10］。為此，設(shè)置再生塑料輕質(zhì)混凝土試件的水灰比是0.45，砂率是0.3%。再生塑料顆粒作為混凝土的砂子，再生塑料顆粒在混凝土制備中取代砂子的質(zhì)量替代率依次設(shè)成20%、40%、60%、80%，配比結(jié)果如表1所示。

1.3.3"" 再生塑料輕質(zhì)混凝土配合比條件分析

結(jié)合前文設(shè)計的材料配比方法，檢測不同配合比條件下制備的再生塑料輕質(zhì)混凝土試件性能，檢測指標分別為干表觀密度、吸水率、抗壓強度［11］。

（1）干表觀密度。制備4個試件為1組，長，寬，高各角度的數(shù)值均需各測2次，將檢測的均值設(shè)成最終長，寬，高的檢測結(jié)果，運算各試件的體積，檢測完畢把試件放置溫度是［55，65］ ℃的干燥箱中進行干燥處理［12］，4 h內(nèi)試件質(zhì)量差低于1 g時干燥處理停止，將再生塑料輕質(zhì)混凝土試件降溫后檢測試件質(zhì)量，計算干表觀密度；

（2）吸水率。把一組再生塑料輕質(zhì)混凝土試件，放在溫度為［55，65］ ℃的干燥機中干燥處理，將控制面板設(shè)置為所需的干燥時間和溫度。確保設(shè)置的溫度在55～65 ℃，打開干燥室的進料口，將待處理物體放入進料口，并確保物體均勻分布在干燥室內(nèi)。4 h內(nèi)試件質(zhì)量差低于1 g時干燥處理停止，將試件降溫后檢測試件質(zhì)量。再將其放進水溫是［15，25］ ℃的恒溫水槽里，往水槽中添水，當水量上升到時間高度的1/3、2/3位置后，靜置24 h，然后添水至覆蓋試件至少35 mm后，靜置24 h。最后把試件取出，由濕抹布擦拭試件表面水分后檢測試件質(zhì)量[ng]，計算吸水率；

（3）抗壓強度。結(jié)合《普通混凝土力學(xué)性能試驗標準》（GB/T 50081—2002）的內(nèi)容標準，設(shè)計試件長寬高都是155 mm，將此試件放在溫度是［17，23］ ℃、相對濕度超過90%的養(yǎng)護室中養(yǎng)護［13］。檢測此條件下試件抗壓強度。

1.4"" 應(yīng)用性能測試

1.4.1"" 建筑工程的再生塑料輕質(zhì)混凝土梁設(shè)計

建筑工程的再生塑料輕質(zhì)混凝土梁試件設(shè)計時，首先制備鋼筋籠，在其跨中區(qū)域、與跨中距離20 cm位置放置縱向應(yīng)變片，各根梁試件使用6個應(yīng)變片。試驗梁構(gòu)件采用木模板進行澆筑，使用振搗棒充分振搗，確?；炷辆鶆?、密實地填充木模板。試件澆筑完畢后，鋪上一層塑料薄膜進行室外自然條件養(yǎng)護。

當試件混凝土處于硬化狀態(tài)便可脫模，對此試件進行澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護完畢需要對梁試件進行雜質(zhì)清理，將表面凹凸不平的區(qū)域，打磨下一層混凝土，并按以上步驟循環(huán)操作，直至光滑后晾干。

1.4.2"" 疲勞試驗方法

試驗中再生塑料輕質(zhì)混凝土梁試件長、寬、高分別是155、155、555 mm，將其使用CTM2050 微機控制電子萬能試驗機中，進入三點彎拉檢測模式。

1.4.3"" 自生收縮試驗方法

使用圖1所示的收縮裝置，測試再生塑料輕質(zhì)混凝土梁的自生收縮性能。

將梁試件兩側(cè)分別打一個小孔，然后在其表面放置一定量的潤滑油，避免試件在試驗中不能自由收縮。然后在試件的左端、右端均安裝千分表，記載千分表不同時段的讀數(shù)，進行收縮能力分析。

2"" 結(jié)果與討論

2.1"" 再生塑料輕質(zhì)混凝土配比效果分析

2.1.1"" 不同配合比條件下混凝土干表觀密度變化

表2是不同配合比條件下混凝土干表觀密度試驗結(jié)果。

由表2可知，隨著再生塑料顆粒取代砂子的比例增加，再生塑料輕質(zhì)混凝土的干表觀密度逐漸變小。此外，再生塑料顆粒的使用，輕質(zhì)混凝土中會出現(xiàn)多差異的相，水泥漿對再生塑料顆粒表面的潤濕作用下降，表面便會出現(xiàn)孔隙，從而導(dǎo)致再生塑料輕質(zhì)混凝土的干表觀密度變小。為此，在此組試驗中，當再生塑料顆粒替代率為20%時，混凝土干表觀密度狀態(tài)最優(yōu)。

2.1.2"" 不同配合比條件下混凝土吸水性變化

表3為不同配合比條件下混凝土吸水性試驗結(jié)果。

由表3可知，當混凝土試件養(yǎng)護3、7 d后，再生塑料輕質(zhì)混凝土吸水率低于養(yǎng)護28 d的試件。隨著再生塑料顆粒取代砂子的比例（替代率）增加，再生塑料輕質(zhì)混凝土試件的吸水率先變小后變大。結(jié)果表明，再生塑料輕質(zhì)混凝土試件的養(yǎng)護時間越長，其吸水率越高，當替代率為20%、養(yǎng)護時間是28 d時，試件的吸水率最高。

2.1.3"" 不同配合比條件下混凝土抗壓強度變化

表4是不同配合比條件下混凝土抗壓強度試驗結(jié)果。

由表4可知，隨著再生塑料顆粒取代砂子的比例增加，再生塑料輕質(zhì)混凝土試件抗壓強度逐漸變小，說明再生塑料顆粒取代砂子，制備輕質(zhì)混凝土時，會對混凝土強度產(chǎn)生負面干擾，導(dǎo)致其抗壓強度值變小。隨著再生塑料顆粒取代砂子的比例增加，輕質(zhì)混凝土的抗壓強度便會因塑料顆粒使用量增多而降低。當再生塑料顆粒的替代率為20%時，再生塑料輕質(zhì)混凝土試件抗壓強度最高。

2.2"" 性能測試結(jié)果分析

當再生塑料顆粒取代砂子的比例為替代率20%時，制備的再生塑料輕質(zhì)混凝土性能最佳。為此，基于此配合比設(shè)計再生塑料輕質(zhì)混凝土試件，并用于設(shè)計建筑工程再生塑料輕質(zhì)混凝土梁，并分析再生塑料輕質(zhì)混凝土在建筑工程中運用性能。

2.2.1"" 疲勞試驗結(jié)果與分析

再生塑料輕質(zhì)混凝土梁在建筑工程中疲勞試驗測試結(jié)果如表5所示。

由表5可知，再生塑料輕質(zhì)混凝土梁在建筑工程中，比普通混凝土的峰值荷載數(shù)值顯著，峰值撓度也大于普通混凝土，2種混凝土梁的峰值撓度分別為0.66、0.54 mm，峰值拉力應(yīng)變分別為792、588 με。對比之下，再生塑料輕質(zhì)混凝土梁在建筑工程中應(yīng)用后，能夠優(yōu)化建筑工程構(gòu)件受損時的延性特征。

2.2.2"" 自生收縮結(jié)果與分析

再生塑料輕質(zhì)混凝土梁、普通混凝土梁試件的自生收縮試驗結(jié)果如表6所示。

由表6可知，再生塑料輕質(zhì)混凝土梁、普通混凝土梁試件的自生收縮應(yīng)力早期變化幅度顯著，后期變化幅度減緩。普通混凝土梁的自生收縮應(yīng)力后期變化不顯著，再生塑料輕質(zhì)混凝土梁的收縮應(yīng)力變化相對明顯一些，原因是再生塑料輕質(zhì)混凝土梁試件中，因再生塑料顆粒吸水率顯著，所以在試件養(yǎng)護時具有蓄水能力，在水化作用影響下，骨料中水分慢慢釋放，導(dǎo)致混凝土基體的膠凝材料體積變形，降低了彈性模量，從而導(dǎo)致收縮變形比普通混凝土大。

3"" 結(jié)語

（1）再生塑料輕質(zhì)混凝土相對于傳統(tǒng)的混凝土，具有更輕的質(zhì)量，這使得它在建筑和工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；

（2）塑料顆粒制備再生塑料輕質(zhì)混凝土可以減少廢棄塑料對環(huán)境的污染；

（3）由于使用了廢棄的塑料制品，這種制備方式的成本相對較低，同時也能減少垃圾處理費用；

（4）再生塑料輕質(zhì)混凝土梁在建筑工程中應(yīng)用后，能夠優(yōu)化建筑工程受損時的延性特征。但是和普通混凝土相比，再生塑料輕質(zhì)混凝土收縮變形相對更顯著，在現(xiàn)實使用中，需結(jié)合此方面特性進行工程使用。

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