废旧复合材料井盖研究与应用

马兴遨　黄丹丹　焦晓磊

【摘    要】： 针对铸铁井盖易丢失，而废旧复合材料井盖还没有形成大规模工厂化生产的问题，采用废塑料、粉煤灰和垃圾炉渣为主材，加以增强剂、增塑剂、热稳定剂等，经高温、高压、捏炼、静压、冷却成型等工艺加工制成废旧复合材料井盖，对其抗压强度、承载能力、抗冻融性能、耐酸碱性能及抗老化性能等技术性能进行试验研究。结果表明：废旧复合材料井盖其承载能力和技术性能能够满足路用要求，生产工艺简便，生产周期短，生产成本低。

【关键词】： 道路工程；井盖；废旧复合材料

【中图分类号】：TU990.3【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）05-14-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.004

Research and Application of Waste Composite Manhole Cover

MA Xingao， HUANG Dandan， JIAO Xiaolei

（1. Tianjin Yuansheng Longchang Construction Co. Ltd.， Tianjin 300353， China； 2. Tianjin Guoteng Highway Consulting and Supervision Co. Ltd. ， Tianjin 300210， China；3. Tianjin Highway Development Service Center， Tianjin 300170， China）

【Abstract】：Aiming at the problem that cast iron manhole covers are easy to lose， large-scale factory production of waste composite manhole covers has not yet formed， this paper uses waste plastics， fly ash and garbage slag as the main materials， and addsreinforcers， plasticizers， heat stabilizers， etc， to process waste composite manhole covers through high temperature， high pressure， kneading， static pressure， cooling molding and other processes. Its compressive strength， bearing capacity， freeze-thaw resistance， acid and alkali resistance， aging resistance and other technical properties are tested and studied. The test results show that the bearing capacity and technical performance of the waste composite manhole cover can meet the demand， the production process is simple， the production cycle is short， the production cost is low.

【Key words】：road engineering; well cover;waste composite materials

檢查井盖95％以上为铸铁井盖[1～3]；铸铁井盖经常丢失， 极大影响了公路的安全性、舒适性 [4～6]。使用由废旧材料加工的复合材料井盖能从根本上解决检查井盖丢失问题；但是，废旧复合材料井盖还没有形成大规模工厂化生产，没有进行过系统的技术性能研究，没有形成完善的质量控制标准。

针对以上问题，本文以废塑料、粉煤灰和垃圾炉渣为主材，加以增强剂、增塑剂、热稳定剂等，经高温、高压、捏炼、静压、冷却成型，制成不同规格、不同颜色的井盖、井箅等并对其抗压强度、承载能力、抗冻融性能、耐酸碱性能及抗老化性能等技术性能进行试验研究，评价其应用效果。

1 原材料

1.1 废塑料

选用主要成分是聚乙烯材质的废塑料，无有毒物质和放射性物质，符合环保要求。废塑料外观颜色不影响其使用效果，使用前无需特殊处理，只通过漂洗晾干，筛除生产时掺加的土粒即可。

1.2 粉煤灰

大港电厂生产的粉煤灰，外观呈灰色粉末状，松方密度约为0.85 g/cm3，，依据GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》检测其技术指标，属于II级粉煤灰。见表1。

1.3 垃圾炉渣

试验用垃圾炉渣取自双港垃圾发电厂，呈松散粉末状，天然含水量约为8%，松方密度为0.98 g/cm3。垃圾炉渣颗粒粒径较粗，需要对垃圾炉渣进行筛分，取0.6 mm筛孔以下的部分用于井盖生产。

垃圾炉渣与粉煤灰成分相似，因此拟采用掺加粉煤灰和掺加垃圾炉渣两种试验方案试制井盖。见表2。

2 生产设计

2.1 各种材料的最佳配比

1）将备好的废塑料和粉煤灰、垃圾炉渣分别称重，按照废塑料、粉煤灰质量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和废塑料、垃圾炉渣质量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1混合均匀，不同比例掺量的材料试验结果见表3。

废塑料、粉煤灰按照2∶1、3∶1的比例混合后，因粉煤灰多，废旧复合材料不能成型，按照5∶1的比例则弹性过大，最终选定废塑料和粉煤灰质量比为4∶1。同法，确定废塑料和垃圾炉渣的质量比为3∶1。

2）按照0.5%、1%、1.5%、2%4种质量比来确定复合树脂增强剂的最佳掺加量，不同掺量增强剂的试验结果见表4。

增强剂加入量少，废旧复合材料刚度不足，弹性大；加入量大，则刚度过大，材料脆性大，最终确定增强剂的掺加量为1%。

2.2 生产温度

1）确定初步加热温度。选取120、140、160、180、200 ℃5个不同温度进行加热分析比较，最终确定初步加热温度为150～160 ℃。

2）确定捏练温度。选取160、180、200 ℃3个不同温度进行加热捏练分析比较，最终确定捏练温度为180 ℃。

3）确定捏练时间。选用10、20、30、40 min4个不同时间进行加热捏练分析比较，最终确定捏练时间为20 min。

3 生产工艺

3.1 原材料准备

把按照GB/T 1596—2017要求检测合格的粉煤灰和垃圾炉渣分别堆放在带罩棚的仓库内，以方便取用。

3.2 配料

將备好的废塑料和粉煤灰或垃圾炉渣分别称重，按照废塑料和粉煤灰质量比4∶1、废塑料和垃圾炉渣质量比3∶1的比例混合均匀，人工拌和。

3.3 混合加温

用加温转炉将废塑料加热至150～160 ℃。加温转炉主体为直径约1 m、长约3 m的圆柱形铁桶，使用煤炭加热，将配好的原材料约100 kg加入转炉中加热30 min左右，温度达到要求后把混合料取出，其外观为黑色松散状混合物。

3.4 高温捏练

将加热后的混合料添加到捏练机中，加入1%的复合树脂增强剂，在成型机中加热至180 ℃±5 ℃，搅拌10～20 min。捏练好的混合料呈黑色塑性膏体状，密度为1.25 g/cm3。见图1。

3.5 分割称重

按井盖所需的材料质量称取拌和好的混合料，放入成型机中，加压成型稳定1 h，通过循环冷却到常温后脱模。

分割称重时，根据不同的型号井盖、井箅称取，井箅称取质量为37 kg，井盖称取重量为110 kg。

3.6 成型

根据使用部位和使用功能的不同，在高温捏练时加入不同颜色的矿物颜料，可以制成不同尺寸、不同颜色的井盖、井箅、树穴、防眩板等。

3.7 成品检测

井盖成型后，根据CJ/T 121—2000《再生树脂复合材料检查井盖》标准进行外观检测和技术性能检测，满足要求后方可出厂。

4 技术性能研究

对两种混合料制成的井盖进行材料抗压性能、承载能力、耐酸碱性能、抗老化性能和冻融循环试验，验证其技术性能[5]。

4.1 抗压强度

用钻芯机在制作好的井盖上钻芯取样，制成直径10 cm、高10 cm的试件，每3个试件为一组，取平均值。见表5和表6。

表5 粉煤灰复合材料井盖抗压强度试验结果

采用粉煤灰复合材料和垃圾炉渣复合材料抗压强度相差不大，抗压强度介于铸铁材料和混凝土材料之间，可以作为主材制作井盖。见表7。

4.2 承载能力

承载能力是反映井盖承载强度的重要指标，通过对成套检查井盖进行加载试验，测量井盖的变形量来确定其承载能力。见表8。

采用粉煤灰和垃圾炉渣的废旧复合材料井盖承载能力介于铸铁井盖和混凝土井盖之间，符合CJ/T 121—2000要求。见表9。

4.3 耐酸碱性

耐酸碱试验检测废旧复合材料抗腐蚀的能力。取同一批次的井盖，用钻芯机在制作好的井盖上钻芯取样，制成直径10 cm、高10 cm的试件，每6个试件为一组，计算浸泡后试件与浸泡前试件的抗压强度损失。试验结果显示，采用粉煤灰和采用垃圾炉渣的废旧复合材料浸泡后抗压强度损失不大，其耐酸碱性能均满足路用要求。

4.4 抗老化性能

采用热老化试验方法，制成40 mm×40 mm×160 mm试件，每6块为一组，取其中3块检验其抗折强度，把其余3块置于80 ℃±2 ℃的烘箱中养护7 d，在室温下冷却24 h后，检测抗折强度，试验结果以试件抗折强度相对变化率表示。结果显示，采用粉煤灰和垃圾炉渣复合材料热老化后抗折强度损失很小，对井盖路用性能影响不大。

4.5 冻融试验

参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，制取10 cm×10 cm×10 cm的试件，每6块为一组，取其中3块检测抗压强度，其余3块放置在-20 ℃±2 ℃低温试验箱中冻融循环25次，检测抗压强度，试验结果以冻融抗压强度损失率表示。结果显示，两种废旧复合材料冻融循环试验结果相差不大，均能满足路用性能要求。

5 经济性

根据市场调研结果，对复合材料、铸铁、混凝土3种材质的井盖价格进行分析。见表10。

井盖价格随规格不同而不同，总的来说，铸铁井盖价格最高，混凝土井盖价格最低，采用粉煤灰和垃圾炉渣的废旧复合材料井盖价格介于铸铁井盖和混凝土井盖之间，具有很好的经济性。

6 结论

1）采用废塑料、粉煤灰或垃圾炉渣制成废旧复合材料井盖其承载能力和技术性能能够满足路用要求，而且能够有效防止井盖被盗现象。

2）废旧复合材料井盖生产工艺简便、生产周期短，能够减少能源消耗，其造价介于混凝土和铸铁材料井盖之间，具有很好的经济性。

参考文献：

[1]JC 889—2001，钢纤维混凝土检查井盖[S]．

[2]石言浩.基于物联网的智慧井盖管理系统的设计与实现[D].南京：南京理工大学，2021.

[3]张学磊.城市窨井盖治理及智慧化改造[J].工程建设与设计，2023，（3）：89-91.

[4]苏孟凯，刘良超，白    瑾.预制混凝土检查井的施工技术[C].《施工技术》杂志社，亚太建设科技信息研究院有限公司.2022年全国土木工程施工技术交流会论文集（中册）.《施工技术（中英文）》编辑部，2022.

[5]莫俊聪.建设工程用检查井盖残留变形试验装置的研制与应用[J].广东建材，2022，38（11）：27-29.

[6]陈梦月.基于智能化的井盖快速检测及路框差评定技术研究[J].广东土木与建筑，2022，29（9）：4-8.