废塑料在景观砂浆中的应用及经济性分析

李永红 （淮南市工程建设标准定额站，安徽 淮南 232001）

1 引言

在国家大力推进节能减排和“绿水青山”建设的背景下，废弃物的资源化利用和天然砂石替代品的开发成为建筑行业所要面临的重要课题。废塑料因产量巨大，不易降解，易产生毒害产物，对生态环境影响显著，如何有效处置和利用废塑料受到了广泛的关注。

国内外学者研究表明，可采取塑料颗粒取代部分天然砂石制备废塑料基混凝土或砂浆，不仅可实现规模化消纳废塑料巨大存量，还能一定程度缓解砂石原料紧缺问题，实现固废高值资源化利用，潜力巨大。然而，研究发现，因废塑料力学强度弱于所取代砂石，且弹性模量较低，在胶结体系中仅起到了简单充填作用，并在受力后与周边水泥浆脱离，成为空隙占位，显著降低所制备混凝土或砂浆的力学性能。可见，废塑料对砂浆力学性能的影响约束了其在该领域中的推广与应用，寻找废塑料水泥基胶结体的合适应用方向是非常必要的。

为此，本文提出采用废塑料取代天然砂制备非承重景观用砂浆，不仅避免废塑料砂浆力学性质差的问题，而且还可提高其延性变形能力，减轻自重，对废塑料的资源化应用具有重要意义。基于此，本文采用废塑料等体积替代河砂，研究了体积替代率与砂浆强度的关系，为废塑料景观砂浆的应用提供参考。

2 材料与方法

2.1 材料

采用海螺水泥有限公司出产的P.O.42.5水泥，水泥性质如表1所示。砂为普通淮河黄砂，细度模数为2.7，表观密度2650 kg/m，水为普通自来水。塑料颗粒由浙江余姚公司生产，密度为0.92g/cm。

水泥的表观密度和化学组成 表1

2.2 配合比

设计基准组水灰比为0.45，砂含量50%，采用废塑料等体积替代河砂，替代量分别为0、15%、30%、45%、60%、70%和100%，见表2。

塑料砂浆配合比（g·kg-1） 表2

2.3 试验方法

将新拌塑料砂浆浇入50 mm×50 mm×50 mm的立方体试模中，并放置在温度为(23±1)℃和相对湿度＞95%的标准环境中养护24 h，拆模后继续标准养护。测试各组试块3d、7d和28d抗压强度，4个试块为一组，结果取平均值。在抗压测试前，擦干试件表面水分，并用精密电子秤称取试块质量。

使用Sirion200型钨灯丝扫描电子显微镜(SEM)研究塑料砂浆的微观形貌，样品达到对应龄期时用乙醇进行浸泡停止进一步水化。SEM测试前，用真空泵对样品进行充分干燥。

3 结果与讨论

3.1 抗压强度

图1给出了不同替代率下废塑料砂浆的3d、7d和28d抗压强度值。总体上看，随着废塑料替代河砂量的增多，砂浆的早期及长期强度都呈明显的下降趋势。砂浆的这种强度下降趋势主要是由于废塑料作为骨料强度远不及河砂所致。然而，尽管用塑料100%替代河砂，28d砂浆抗压强度相对于对照组减少达67.3%，但仍具有8.76MPa的抗压强度，具有作为景观砂浆的潜力。

图1 不同替代率下废塑料砂浆抗压强度

3.2 抗压强度降低率与塑料替代率的关系

图2对塑料替代河砂率与砂浆抗压强度降低率的关系进行了拟合，拟合结果表明二者近似成线性关系，这也与陈海明等研究相符。比较a,b,c三条曲线可以看出，c曲线各点离散性最低，最具代表性。由此，可得替代率与抗压强度降低率经验公式：

C=4.72+64.57r

其中：C为砂浆强度降低率；

r是塑料替代河砂率。此经验公式可为废弃塑料用作景观砂浆提供参考。

3.3 微观形貌分析

图3为塑料砂浆28dSEM图，其中a),b)为全河砂砂浆，c),d)塑料100%替代河砂。对比全河砂砂浆与全塑料砂浆SEM图可发现，以河砂作为骨料的砂浆致密性较好，电镜图下几乎观察不到裸露的河砂颗粒，说明河砂与水化产物能够较好地粘结在一起。而塑料作为骨料100%替代河砂时，能够观察到裸露的塑料表面，且水化产物与塑料颗粒间观察到一定的空隙，同时形成了较弱的界面过渡区，这也是导致砂浆强度降低的原因之一。然而，塑料颗粒周围聚集的水化产物也说明塑料对水化产物具有一定的凝聚力，具有替代河砂作为景观砂浆骨料的潜力。

图3 塑料砂浆电镜图: a),b)替代率0%;c),d)替代率100%.

3.4 经济效益分析

图4给出了3d，7d和28d不同塑料替代河砂率下砂浆试块的质量变化。图中可明显看出，随着替代率的增大，塑料砂浆试块质量相对对照组明显减小。尤其是塑料100%替代河砂时，28d砂浆试块质量较对照组减少40.5%，由此算出，可减少砂浆质量899kg/m，说明塑料替代河砂作为骨料时，在具有一定的强度下，可大幅减小结构自重，具有作为景观砂浆的潜力。

图4 不同替代率塑料砂浆的质量

根据安徽省淮南市2021年第1期建设工程材料市场价格信息，42.5水泥525元/t，河砂190元/t，以替代率0%的R0组为成本价格，可推算各替代率下塑料砂浆经济价值如图5。可发现，体积替代率是影响塑料砂浆经济价值的关键因素，替代率越大，经济价值越高。随着替代率的增大，塑料砂浆经济价值从R0的0元/m逐渐提高到R100的258元/m。同时（结合图4），塑料砂浆质量由R0的2210kg/m降低至R100的1311kg/m。

4 结论

本文研究了不同替代率下废塑料景观砂浆的性能的抗压强度与微结构特征，得出以下结论：

①采用废塑料取代天然砂会降低景观砂浆的抗压强度，强度降低率与废塑料掺量近似成线性关系，但其抗压强度仍能满足景观砂浆要求；

②废塑料与水泥浆粘结力较差，存在较多空隙，形成薄弱界面；

③采用废塑料取代河砂可大幅减小砂浆自重，显著提高废塑料经济价值，具有突出的社会和经济效益。