再生塑料混凝土力学性能的影响因素

徐澳强，毛静，苏建东，孙业明，陈思宇，周夏禹(宿迁学院建筑工程系，江苏 宿迁 223800)

0 引言

在快消品迅速消费的同时，塑料制品的方便和快捷使得塑料制品充斥着人们的日常生活，可废弃的塑料垃圾的环境污染也越来越严重，不仅对当地的生态环境和水资源造成了巨大的环境污染，也严重浪费了建筑资源。可再生塑料混凝土具有良好的塑性及韧性，通过将部分可再生塑料加入建筑混凝土中可以取代失去的部分细骨料，从而可以制备再生塑料混凝土，应用于非承重性的建筑墙体，不仅有效降低生产的成本，还有效避免建筑资源的巨大浪费。文章通过大量文献介绍了在不同的因素下，再生塑料对建筑混凝土力学、物理性能的影响及其研究成果与现状。

1 掺量对于再生塑料混凝土的影响

陈育志等[1]选取粒径为4 mm的废弃EPS塑料颗粒同时取代部分粗骨料和细骨料，等体积的塑料颗粒掺量采用0%、5%、10%、20%、30%、40%。经过试验发现，随着掺量的增加，混凝土弯曲拉伸强度明显降低。其中，塑料掺量为30%、40%时，再生塑料混凝土强度比普通混凝土降低了59.0%和72.6%；掺量由10%增大到20%，再生塑料混凝土强度降低速率最快；随着再生塑料混凝土中塑料颗粒掺量从0%到40%，混凝土的弹性模量也呈明显下降。其中，塑料掺量为40%时，而弹性模量下降了89.9%；随着塑料颗粒的掺入量增加，再生塑料混凝土峰值应变明显提高，混凝土的脆性性能得到了明显地提高和极大地改善，变形能力大幅提高。

赵云腾等[2]用ABS/PC塑料颗粒等体积取代细骨料制备出再生塑料混凝土，试验研究发现：随着塑料颗粒掺量从5%、10%和15%的增加，再生塑料混凝土的重量及密度均出现不同程度的降低，重量与密度的降幅都在5%左右；28 d标准养护的立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗折强度均比普通混凝土高，随着塑料颗粒掺量的增加，先增加后减少，在塑料颗粒掺量在5%时，立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗折强度达到一个峰值。

杨树桐等[3]采取将改性聚丙烯塑料用等质量替代的方式取代细骨料制成再生塑料混凝土，废弃塑料颗粒掺量分别为0%，2%，5%，7%，10%和15%。试验研究发现：再生塑料混凝土中聚丙烯塑料颗粒的掺入，使得再生塑料混凝土的强度和韧性得到显著增加。

其中，再生塑料混凝土的立方体抗压强度随着塑料颗粒掺量的增加呈现先增加后减小的趋势；而随着河砂掺量的减少和再生塑料掺量的增加，混凝土立方体的抗压强度有所下降；再生塑料混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度趋势基本保持一致，呈现先增加后减小的变化；随着再生塑料颗粒掺量的增加从0%到15%，再生塑料混凝土的劈裂抗拉强度明显下降；而再生塑料混凝土的抗折和韧性强度随着再生塑料掺量的增加而逐渐呈现先增加后降低的趋势。

2 塑料的种类对于再生塑料混凝土的影响

赵育超等[4]通过对不同的塑料种类合成的再生塑料泡沫混凝土进行基本性能的研究，发现ABS、MDPE、PP塑料合成的再生塑料泡沫混凝土性能较好。试验时首先对泡沫进行制备，按照1∶30的比例将发泡剂与水混合，然后对混合物高速搅拌2～4 min，然后再将水泥、粉煤灰、水、砂、石及其减水剂放入搅拌机中搅拌2 min后，再放入塑料颗粒搅拌2 min，最后将已经提前制备好的泡沫放入其中，混合搅拌2 min，接着制备成100 mm×100 mm×100 mm再生塑料泡沫混凝土，经过24 h的标准自然养护后脱模放入恒温恒湿的标准养护箱进行标准自然养护。最后对制作而成的再生塑料泡沫混凝土进行干密度、吸水率和抗压强度测试。

经试验研究表明：试块的干密度因所掺入的塑料种类不同而不同，掺入ABS颗粒的再生泡沫混凝土试块干密度最大，而MDPE次之，PP最小，掺入的ABS、MDPE和PP塑料在不同程度上增加了再生泡沫塑料混凝土的干密度，分析原因很有可能因为再生塑料泡沫混凝土中掺入的再生塑料的密度大于泡沫混凝土的设计干密度；试块的吸水率根据不同塑料的影响，发现没有掺入塑料颗粒的混凝土的吸水率最大，掺入PP塑料颗粒的再生塑料混凝土吸水率次之，掺入MDPE和ABS塑料颗粒的再生塑料混凝土吸水率依次减小，其原因可能是掺入的ABS和MDPE塑料颗粒表面较为光滑且颗粒表面分布的孔隙较少，在一定程度上改变了再生塑料泡沫混凝土的内部结构，减少了再生塑料泡沫混凝土试块的孔隙率；不同种类的塑料添加后，再生塑料泡沫混凝土试块抗压强度差异性较大，大小强度的排序为ABS＞MDPE＞未掺＞PP。分析其原因可能是因为再生塑料混凝土试块的压缩强度和弹性模量不同，压缩强度较大的塑料所制成的再生塑料泡沫混凝土试块的抗压能力也就越大，反之正好相反。另外，由于不同种类塑料的弹性模量不相同，导致再生塑料泡沫混凝土在受压后变形不协调，使得再生塑料泡沫混凝土试块产生一些微观裂缝，从而对再生塑料泡沫混凝土抗压性能产生影响。

3 塑料粗糙程度对于再生塑料混凝土的影响

龚婉婷等[5]将表面粗糙程度不一样的ABS/PC塑料颗粒，用等体积取代细骨料的方式制成ABS/PC再生塑料混凝土。试验结果表明：ABS/PC再生塑料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度均优于普通混凝土。其中，粗糙的塑料颗粒掺量为3%～6%时，ABS/PC再生塑料混凝土呈现出较好的力学性能。

4 再生PP混凝土的试验研究

基于现有再生塑料混凝土的研究成果，考虑塑料的掺量、塑料的粒径大小和龄期，制备再生PP塑料混凝土，研究PP塑料的掺量、PP塑料的粒径大小和龄期对于再生PP塑料混凝土力学性能的影响。在试验时，首先采用实验室搅拌机对再生PP塑料混凝土进行搅拌(使用搅拌机前应先用水冲洗搅拌机内壁使之不会在试验时因搅拌机内壁吸附水而影响混凝土流动性不足)，其搅拌放料的先后顺序分别为石子、砂、水泥先搅拌1 min后加入事先称好的PP塑料颗粒、减水剂、胶粉和水，均匀撒在搅拌好的石子、砂、水泥中，再搅拌2 min，使石子的周围被细骨料充分裹住。然后将搅拌好的拌合物倒在提前撒过水的地板砖上备用，以防止地面干燥吸水影响试验，用150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体和100 mm×100 mm×300 mm的棱柱体模具将拌合物装入其中，同时进行再生PP塑料混凝土的塌落度试验，接着装好模具后用振动台将试件振动至拌合物表面出现水泥浆为止，经过24 h后拆模并放入标准养护室进行养护。最后养护28 d后用实验室RFP-03智能测力仪测试再生PP塑料混凝土的立方体抗压强度fcuk和棱柱体抗压强度fck，得到PP塑料的粒径大小和龄期对于再生PP塑料混凝土抗压强度的影响。

5 研究展望

目前，关于塑料在混凝土领域中的研究还不够深入，还没有一个完善的理论体系，而且塑料再生混凝土在实际工程中的工程应用还较少。因此，从以下方面可以作为研究方向：

(1)塑料颗粒的吸水性远比河砂好，因此在设计混凝土的水灰比时，应寻找最佳的配合比；

(2)除了塑料颗粒种类、掺量、表面粗糙程度等对再生塑料混凝土的力学性能有影响，塑料颗粒的粒径和形状、外界环境的温度等都会对再生塑料混凝土的强度有影响，这几种因素还有待进一步深入研究。