废旧塑料骨料对砂浆力学性能的影响试验研究

李启强，张海波，马龙华，金龙

（河南理工大学材料科学与工程学院，河南 焦作454100）

0 引言

随着塑料制品工业的飞速发展，大量塑料制品被广泛应用。据统计，2008年，我国塑料消费总量达5 194.4万t，居世界第二位；同年，国内废弃塑料回收量约900万t，回收率约22%。在塑料制品工业蓬勃发展的同时,由于塑料制品使用周期短，分解速度慢,生物降解差，因而许多废弃塑料成为城市固体垃圾，造成严重的“白色污染”。如此大量的废旧塑料危害环境，必须要进行回收再利用。国外处理回收废弃塑料的主要方法是丢弃、掩埋、焚烧或者运往他国。废弃塑料的回收利用受到越来越广泛的关注，将其破碎成颗粒或粉末直接掺入其他材料中，是废弃塑料回收再利用的最佳选择。利用塑料废弃物来制备水泥砂浆、混凝土是可行的，Marzoukoy等将废弃PET瓶破碎成颗粒后按照不同体积替代率将其加入混凝土中，结果表明，再生塑料的颗粒粒径、替代率对混凝土性能有重要影响。

本文将废旧塑料薄膜按照不同形状和取代量加入水泥砂浆中，对其流动性及力学性能进行实验研究，并分析取代量、形状等因素对水泥砂浆性能的影响，为废旧塑料薄膜在水泥砂浆中的有效利用提供基础,为绿色处理寻找新的途径。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥为焦作坚固水泥有限公司生产的42.5级复合硅酸盐水泥；砂子采用建筑用中砂，细度模数为2.7，表观密度2.62×103 kg/m3；水为自来水；减水剂为焦作协力建材生产的“萘系”高效减水剂；塑料薄膜骨料由废旧购物袋剪切而成,一种为边长1 cm左右的方形薄膜（图1）,一种为1 cm×5 cm左右的长条形薄膜（图2）。

图1 1 cm x1 cm方形薄膜

图2 1 cm x5 cm长条形薄膜

1.2 试样制备

为了研究塑料薄膜骨料形状和掺量对砂浆性能的影响，以塑料薄膜骨料等重量取代砂浆中的砂子，按表1所示的配合比进行拌制，在40 mm× 40 mm×160 mm的钢模中成型，在20℃、相对湿度为95%条件下养护1 d后脱模，放入20℃水中继续养护至28 d，取出进行相关试验。由于塑料薄膜的质量较轻，所以本试验所选的取代比例分别为0.2%，0.5%，1%。

1.3 试验方法

新拌砂浆按GB/T 2419-2005进行跳桌流动度测试；养护到龄期的砂浆试样采用WDW-20电子万能材料试验机测试试样抗折强度；TYE-300B型压力试验机测试折断试样的抗压强度。

2 试验结果与讨论

2.1 试样流动度

新拌砂浆流动度测试结果如图3所示，可以看出，随塑料薄膜取代量的增加，砂浆的流动度呈下降趋势，在0～0.2%时，流动度迅速下降，其后流动度下降较为缓和。方形薄膜骨料在取代量为0.5%时，砂浆难以流动；长条形薄膜骨料在取代量为1%时，砂浆难以流动，此时减水剂对其流动度没有改善作用；在取代量为1%时，砂浆和易性较差,成型困难。

图3 塑料薄膜骨料取代量与流动度的关系

塑料薄膜骨料掺入砂浆中，严重影响了砂浆的流动性，展开的塑料片阻碍了砂浆中自由水的运动，对砂浆和易性影响很大，较低掺量下会使砂浆松散，难以成型。

2.2 试样抗折强度

塑料薄膜骨料对砂浆抗折强度影响测试结果如图4所示，随着塑料薄膜骨料取代量的增加，抗折强度呈降低趋势。当取代量为0.2%时，长条形薄膜骨料砂浆试样与空白试样相比抗折强度降低了32%；方形薄膜骨料砂浆试样抗折强度降低了26%，随后长条形薄膜骨料在较高掺量（0.5%、1%）时，砂浆抗折强度变化不大，甚至有所增加。

塑料薄膜骨料与水泥基体间弹性模量的巨大差异和薄弱的界面结合会使砂浆强度大幅降低。对于塑料骨料，由于其严重影响砂浆成型性能，展开的塑料骨料影响了水泥砂子之间的相互粘接，塑料骨料自身在砂浆抗折过程中易于断裂，所以塑料骨料在低掺量下便会使砂浆抗折强度大幅度降低。塑料自身具有一定的塑性，在砂浆抗折破坏过程中可以吸收裂纹尖端的能量而阻止裂纹的扩展，所以当掺量较高时砂浆抗折强度变化不大。

表1 配置砂浆各种成分的用量

图4 塑料薄膜骨料取代量与抗折强度的关系

2.3 试样抗压强度

塑料薄膜骨料对砂浆抗压强度影响测试结果如图5所示，随着塑料薄膜骨料取代量的增加，试块抗压强度均迅速下降。特别是方形薄膜骨料试块，降低幅度较大。在取代量为0.2%时，其试样与空白试样相比抗压强度降低了26.2%；在取代量为1%时，试样抗压强度降低了41.1%。从图5可以看出，塑料薄膜取代量与抗压强度存在着线性关系。对于方形试样，其回归公式为式1，相关系数为0.9763；对于长条形试样，其回归公式为式2，相关系数为0.998；线性关系都比较显著。

图5 塑料薄膜骨料取代量与抗压强度的关系

2.4 试样的韧性指数

混凝土抗折强度和抗压强度的比值称为混凝土的韧性指数，用来表示混凝土在破坏时吸收能量的大小。砂浆的韧性指数随塑料骨料掺量变化规律如图6所示，随塑料薄膜骨料掺量的增加，方形薄膜骨料试样韧性增加；长条形薄膜骨料试样在掺量为0.2%时，韧性指数下降，随后试样韧性增加。砂浆为脆性材料，破坏时裂缝扩展迅速，没有能阻止裂纹扩散的因素所在；长条形薄膜骨料在掺量为0.2%时，影响了砂浆的界面结合，试样韧性下降，随着掺量的增加，自身具有一定的塑性，塑料薄膜骨料在裂纹扩展过程中发生了较大变形，吸收了部分能量从而阻止裂纹的扩展，从而改善了砂浆的韧性。

图6 塑料薄膜骨料取代量与韧性指数的关系

3 结论

（1）随着塑料薄膜骨料取代量的增加，方形薄膜骨料砂浆试样和长条形薄膜骨料砂浆试样的流动度和抗压强度都呈下降趋势。

（2）塑料薄膜骨料取代量在0～0.2%区间内，两试样抗折强度大幅度降低，随后方形薄膜骨料砂浆试样的抗折强度呈下降趋势；长条形薄膜骨料砂浆试样抗折强度变化不大，甚至有所增加。

（3）随着塑料薄膜骨料掺量的增加，方形薄膜骨料砂浆试样韧性增加；长条形薄膜骨料砂浆试样在掺量为0.2%时，韧性指数下降，随后试样韧性增加。

[1]欧育湘.国外废旧塑料回收新工艺［J］.中国包装工业，2003，(1):58-59.

[2]黄海滨，刘锋，李丽娟.塑料回收利用与再生塑料在建材中的应用［J］.工程塑料应用，2009，37(7): 56-59.

[3]Marzoukoy,Dheillyrm，Queneudecm.Valorization of Post- consumerWastePlasticin Cementitious Concrete Composites［J］.Waste Management，2007，27(2):310-318.