改性塑料对再生塑料混凝土力学性能的影响因素研究

周夏禹，钱锦华，屠雪飞，陈洋，杨骜 （宿迁学院，江苏 宿迁 223800）

1 引言

在以方便快捷为生活基本理念的现在，便捷多样的塑料赢得了人们的喜爱，成为人们生活中随处可见的存在，但随着废弃塑料的增多，对环境也造成了不可避免的伤害。这不仅对地球上的生态环境造成了巨大的污染,也严重浪费了可再生资源的重复利用。可再生塑料混凝土不仅具有良好的塑性及韧性,而且在建筑混凝土中加入再生塑料取代部分细骨料,从而可以制备再生塑料混凝土，可应用于非承重性的建筑墙体。此举不仅一定程度上减小废弃塑料对环境的污染，还在建筑工程上有一定的经济效益，甚至可以使商品混凝土具备新的特性。通过查阅大量文献，本文浅析了在不同的影响因素下，再生塑料对建筑混凝土物理性能、力学的影响及其研究成果与现状。

2 塑料掺量对于再生塑料混凝土性能的影响

在混凝土制作过程中，用塑料颗粒取代部分细骨料能够使其具备较强作用效果，促使原有结构得到改变。一方面，塑料与混凝土受压时由于相似的弹性模量在一定范围内自身可以很好的变形协调。塑料具有较低的导热系数，混凝土中塑料的掺入一定程度上减小了混凝土整体的导热系数，使混凝土的保温性能得到提高。但是另一方面，等体积或等质量取代部分细骨料的塑料颗粒加入后，制成的再生塑料混凝土抗压强度要略低于普通塑料混凝土。塑料吸水性很差且不易与水发生水化反应，虽然一定程度上可以在减少水的同时保证混凝土的基本和易性，但塑料自身的密度不高，因此在混凝土中可能会产生上浮现象。相比于其他骨料，塑料颗粒不存在水化反应,此特征大大降低了骨料颗粒和其他构件材料之间的黏结强度。

李明宇采用三乙醇胺溶液配合二次分散混合工艺，对EPP塑料进行改性，选用改性后的EPP塑料颗粒作为粗骨料掺入到混凝土中，掺加的改性EPP塑料的堆积体积分别是混凝土总体积的40%、50%、60%、70%、80%。实验研究结果发现：随着再生塑料颗粒掺入量的提高，其使混凝土的导热系数不断减小，即其保温和隔热性能在不断提高。

杨树桐等选择了用等质量改性EPP塑料代替细骨材料的方法制成再生塑料混凝土，改性EPP塑料细骨材颗粒的掺量分别是0%、2%、5%、7%、10%、15%。试验研究发现：再生塑料混凝土中掺入改性EPP塑料颗粒，使得再生塑料混凝土的强度和韧性得到明显提升。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多而呈现出先增加后减少的趋势。再生塑料混凝土材料的劈断和抗拉强度随着再生塑料材质颗粒掺量的提高而呈现出明显减弱的趋势；而且再生塑料混凝土的抗折韧性也会因为再生塑料掺入量的提高，而逐步呈现出先增多后减少的趋势。

3 塑料的种类对于再生塑料混凝土的影响

赵育超等通过对不同种类塑料制成的再生塑料混凝土进行基本性能的研究，发现掺入PP、ABS、MDPE塑料制成的再生塑料泡沫混凝土性能较好。混凝土中掺入三种塑料，试块的干密度相对大小为ABS>MDPE>PP>未掺；试块的吸水率相对大小为未掺>PP>MDPE>ABS，这可能是因为选用的PP颗粒表面存在一些孔洞,而MDPE和ABS颗粒表面较为光滑。赵育超通过对不同种类塑料制成的再生塑料混凝土进行导热性能的研究，混凝土中掺入三种塑料，试块的导热性能相对大小为MDPE>PP>ABS。三种塑料密度分别为PP塑料0.92g/cm，MDPE塑料0.94g/cm，ABS塑料1.05g/cm，三种塑料本身的密度都大于泡沫混凝土设计干密度值，因此加入后均使试块干密度不同程度的上升。大多数塑料具有疏水性，故三种塑料的吸水率均低于未掺塑料的混凝土。选用的PP颗粒表面存在一些大小不同的孔洞,而MDPE和ABS颗粒表面较为光滑且孔洞较少，故PP塑料的吸水率要略大于其余两种塑料。

再生塑料泡沫混凝土试块抗压强度差异性较大，相对大小强度为ABS＞MDPE＞未掺＞PP。这可能与不同种类塑料颗粒的性能有关，塑料的压缩强度大小可能一定程度上影响再生混凝土的抗压强度。此外，塑料的种类不同，其弹性模量也不同，这可能引起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。

4 改性剂对于再生塑料混凝土的影响

李明宇用三乙醇胺溶液配合二次分散混合工艺对EPP塑料改性，通过喷洒三乙醇胺溶液可以一定程度上解决EPP塑料颗粒的聚团现象，再配合二次分散工艺，在一定程度上，可以解决塑料颗粒在制作过程中因疏水性而产生的上浮问题。选用改性后的EPP塑料颗粒作为粗骨料掺入到混凝土中，其中所添加的改性EPP塑料颗粒的综合堆积体积分别占到了混凝土总体积的40%、50%、60%、70%、80%。掺加的改性EPP塑料的堆积体积分别为混凝土总体积的40%、50%、60%、70%、80%。试验研究结果发现：随着再生塑料颗粒掺入量的提高，其使混凝土的导热系数不断减小,即其保温和隔热性能在不断提高。

吴素瑶用聚乙烯醇溶液浸泡再生骨料，改性后的粒径为4.75mm～20mm，故用改性后的再生骨料替代部分粗骨料；同时聚乙烯醇溶液在再生骨料表面形成一层薄膜，这使再生塑料内部及外表面的孔洞减少，故再生骨料的强度上升。试验发现：添加改性剂的再生混凝土抗压强度与未添加改性剂的再生混凝土抗压强度相比，前期后者大于前者，但后期尤其是28d之后，前者的抗压强度开始超过后者。这可能是塑料表面疏水性较强，而改性剂减缓了塑料的疏水性，同时孔洞的减少也增加了骨料的抗压强度，在一定程度上增强了再生混凝土的抗压强度。

5 不同种类及掺量的再生塑料混凝土的试验研究

基于现有再生塑料混凝土的研究成果，考虑塑料的种类和掺量，制备再生塑料混凝土，研究不同种类的塑料及其掺量对于再生塑料混凝土力学性能的影响。在试验开始前，应先用水冲洗搅拌机内壁，以防在试验时因搅拌机内壁吸附水而影响混凝土流动性不足。首先我们采用了实验室搅拌器对石子、砂、塑料颗粒和水泥进行了搅拌，其中在搅拌过程中投料的先后顺序是石子、砂、塑料颗粒、水泥首先进行搅拌，2min后加入事先标称好的水，均匀地撒在已经搅拌好的石子、砂、塑料颗粒、水泥中，再连续搅拌3 min，使得再生混凝土充分拌匀。然后将已经搅拌好的混凝土和拌合物均匀地倒于提前清洗好的地板砖上备用，以防止混凝土地面干燥吸水对试验产生影响，用 150mm×150mm×150mm 的标准立方体模具将混凝土和拌合物分别装入其中,接着把已经装好的模具放到一个振动台上继续振动至混凝土和拌合物的表面浮起来为止，经过24h后拆模，并再次放入一个标准养护房内进行养护。最后养护28 d后，用实验室RFP-03智能测力仪测试再生塑料混凝土的立方体抗压强度f，得到不同种类塑料及不同掺量对于再生塑料混凝土抗压强度的影响。

6 改性PP塑料混凝土的试验研究

基于现有再生塑料混凝土的研究成果，考虑改性剂的使用与改性后PP塑料的掺量，制备再生塑料混凝土，研究改性剂的使用与改性PP塑料的掺量对于再生塑料混凝土力学性能的影响。首先在称量好的PP塑料表面喷洒三乙醇胺溶液，喷洒均匀后，以其为核包裹一定量的水泥形成“核壳结构”，并以此充当粗骨料。在试验开始前，应先用水冲洗搅拌机内壁，以防在试验时因搅拌机内壁吸附水而影响混凝土流动性不足。首先我们采用了实验室搅拌器对各种再生塑料混凝土的干料均匀地进行了搅拌,其中按照搅拌和放料的顺序依次分别是石子、改性PP塑料、砂、水泥首先进行搅拌,2min后加入事先称好的水，均匀撒在已经搅拌好的石子、改性PP塑料、砂、水泥中，再连续搅拌3min，使得再生混凝土充分地拌匀。再搅拌3 min，使再生混凝土充分拌匀。然后将已经搅拌好的混凝土和拌合物均匀地倒于提前清洗好的地板砖上备用，以防止混凝土地面干燥吸水对试验产生影响，用150mm×150mm×150mm的标准立方体模具将混凝土和拌合物分别装入其中，接着把已经装好的模具放到一个振动台上继续振动至混凝土和拌合物的表面浮起来为止，经过24h后拆模并再次放入一个标准养护房内进行养护。最后养护28 d后，用实验室RFP-03智能测力仪测试再生塑料混凝土的立方体抗压强度f，得到不同种类塑料及不同掺量对于再生塑料混凝土抗压强度的影响。

7 研究展望

目前，关于塑料及其改性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，而且塑料再生塑料混凝土在实际工程中应用还较少。因此，以下几个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对可再生塑料使用的三乙醇胺溶液，虽然有学者曾用过不同浓度三乙醇胺溶液对再生骨料进行改性，但是对不同三乙醇胺溶液改性对再生混凝土的影响，尚未有人涉及；

③根据三乙醇改性后的改性EPP塑料混凝土强度增长规律，28d后三乙醇改性的再生混凝土的抗压强度可能还有一定程度的增长，三乙醇改性对再生混凝土长期力学性能的影响，还有待研究。