再生塑料轻质混凝土应用性能试验及结果分析

摘 要：为分析再生塑料轻质混凝土在建筑工程中的应用效果，将废弃塑料制备为再生塑料颗粒，在其取代砂子的替代率分别是20%、40%、60%、80%的条件下，分析再生塑料轻质混凝土试件的干表观密度、吸水性以及抗压强度，试验结果显示，当替代率条件为20%时，试件干表观密度、吸水性以及抗压强度状态最优；结合最优配合比条件制备混凝土梁，将其投入建筑工程应用后，再生塑料轻质混凝土梁试件的峰值荷载、峰值挠度、峰值拉应变、极限拉应变均优于普通混凝土，能够减少建筑结构构件损伤；但再生塑料轻质混凝土梁试件的自生收缩应变大于普通混凝土，实际应用时需考虑此方面问题；该材料利大于弊，在建筑工程领域具有广阔的应用前景。

关键词：再生塑料；轻质混凝土；抗压强度；疲劳检测；自生收缩

中图分类号：TQ172.79""""""""""""""""""""""""" 文献标识码：A"""""""""""""""""""""""""" 文章编号：1001-5922（2024）07-0080-04

Application performance test and result analysis

of recycled plastic lightweight concrete

WANG Helong

（Zaozhuang Housing Construction Development Center，Zaozhuang 277899，Shandong China）

Abstract： To analyze the application effect of recycled plastic lightweight concrete in construction engineering， waste plastic was prepared into recycled plastic particles，under the conditions of 20%， 40%， 60%， and 80% replacement rates of sand， the dry apparent density， water absorption， and compressive strength of recycled plastic lightweight concrete specimens were analyzed. The test results showed that when the substitution rate condition was 20%， the dry apparent density， water absorption， and compressive strength of the specimen were the best. After the concrete beams were prepared under the optimal mix ratio conditions and put into construction engineering， the peak load， peak deflection， peak tensile strain， and ultimate tensile strain of recycled plastic lightweight concrete beam specimens were better than those of ordinary concrete， which could reduce the damage of building structural components.. However， the self generated shrinkage strain of recycled plastic lightweight concrete beam specimens was greater than that of ordinary concrete， and this issue needs to be considered in practical applications. The advantages of this material outweigh the disadvantages， and it has broad application prospects in the field of construction engineering.

Key words： recycled plastics；lightweight concrete； compressive strength；fatigue testing；autogenous shrinkage

再生塑料轻质混凝土是一种新型建筑材料，它以废弃塑料材料为主要原料，经过加工处理后，与水泥、砂、石等材料混合而成。这种材料具有轻质、高强度、节能环保等特点。已有研究人员将废弃塑料进行再生处理，制备再生塑料轻质混凝土，如认为再生塑料使用比例，直接影响混凝土力学性能［1］；使用二甲基二氯硅烷对废弃塑料PVC进行改性再生，把再生的MPVC与PVC以填料的身份，加入再生塑料混凝土复合材料的制备环节中［2］。非轻质混凝土则通常用于构建重型建筑结构，如高层建筑、桥梁等，使用范围存在局限。因此，研究再生塑料轻质混凝土在建筑工程中的运用方法，探求一种提高建筑物质量的再生塑料轻质混凝土制备方法［3］。

1" "试验材料与方法

1.1"" 材料与设备

试验材料主要为P·O42.5水泥、废弃塑料、粗细骨料以及硅烷偶联剂。

1.2"" 试剂、仪器设备信息以及数据分析软件

纯乙醇，山东辰宇化工有限公司；硅烷偶联剂，杭州杰西卡化工有限公司；HZS25混凝土搅拌机，郑州市昌利机械制造有限公司；YF-401A干燥箱，扬州市源峰检测设备有限公司；NLDC恒温水槽，江苏奈乐仪器设备制造有限公司；应变片，湖南中崎科技有限公司；振捣棒，卧龙振动机械有限公司；JY-320D打磨机，上海江亚实业有限公司；墨斗、墨线，龙港市锦言工艺品厂；CTM2050微机控制电子万能试验机，协强仪器制造（上海）有限公司；543-490B千分表，青岛卓研测量仪器有限公司。

试验数据使用Excel2019进行数据分析。

1.3"" 试验方法

1.3.1"" 再生塑料颗粒制作

设置纯乙醇和水的比例是19∶1，使用纯乙醇，将醇水混合液pH值调节在［3，4］内，慢慢放进一定量的硅烷偶联剂，制备获取0.75%的偶联剂液体［4⁃6］。之后把再生塑料颗粒融入偶联剂液体放置15 min之后，将其提取放在室温环境中干燥，生成KH570型硅烷偶联剂改良再生塑料颗粒（简称再生塑料颗粒）［7］。

1.3.2"" 建筑工程中再生塑料轻质混凝土试件的设计

使用混凝土搅拌机制备建筑工程中再生塑料轻质混凝土试件［8］。首先把水泥、粗细骨料、再生塑料颗粒、水放入混凝土搅拌机进行搅拌。制备为再生塑料轻质混凝土浆体，再将此浆体倒进方形磨具，此磨具的长、宽、高都是100 mm，自然养护24 h便可脱模，完成建筑工程中再生塑料轻质混凝土试件设计［9］。

为制备满足建筑工程使用需求的建筑工程中再生塑料轻质混凝土试件，需合理设置再生塑料轻质混凝土试件的配合比［10］。为此，设置再生塑料轻质混凝土试件的水灰比是0.45，砂率是0.3%。再生塑料颗粒作为混凝土的砂子，再生塑料颗粒在混凝土制备中取代砂子的质量替代率依次设成20%、40%、60%、80%，配比结果如表1所示。

1.3.3"" 再生塑料轻质混凝土配合比条件分析

结合前文设计的材料配比方法，检测不同配合比条件下制备的再生塑料轻质混凝土试件性能，检测指标分别为干表观密度、吸水率、抗压强度［11］。

（1）干表观密度。制备4个试件为1组，长，宽，高各角度的数值均需各测2次，将检测的均值设成最终长，宽，高的检测结果，运算各试件的体积，检测完毕把试件放置温度是［55，65］ ℃的干燥箱中进行干燥处理［12］，4 h内试件质量差低于1 g时干燥处理停止，将再生塑料轻质混凝土试件降温后检测试件质量，计算干表观密度；

（2）吸水率。把一组再生塑料轻质混凝土试件，放在温度为［55，65］ ℃的干燥机中干燥处理，将控制面板设置为所需的干燥时间和温度。确保设置的温度在55～65 ℃，打开干燥室的进料口，将待处理物体放入进料口，并确保物体均匀分布在干燥室内。4 h内试件质量差低于1 g时干燥处理停止，将试件降温后检测试件质量。再将其放进水温是［15，25］ ℃的恒温水槽里，往水槽中添水，当水量上升到时间高度的1/3、2/3位置后，静置24 h，然后添水至覆盖试件至少35 mm后，静置24 h。最后把试件取出，由湿抹布擦拭试件表面水分后检测试件质量[ng]，计算吸水率；

（3）抗压强度。结合《普通混凝土力学性能试验标准》（GB/T 50081—2002）的内容标准，设计试件长宽高都是155 mm，将此试件放在温度是［17，23］ ℃、相对湿度超过90%的养护室中养护［13］。检测此条件下试件抗压强度。

1.4"" 应用性能测试

1.4.1"" 建筑工程的再生塑料轻质混凝土梁设计

建筑工程的再生塑料轻质混凝土梁试件设计时，首先制备钢筋笼，在其跨中区域、与跨中距离20 cm位置放置纵向应变片，各根梁试件使用6个应变片。试验梁构件采用木模板进行浇筑，使用振捣棒充分振捣，确保混凝土均匀、密实地填充木模板。试件浇筑完毕后，铺上一层塑料薄膜进行室外自然条件养护。

当试件混凝土处于硬化状态便可脱模，对此试件进行浇水养护，养护完毕需要对梁试件进行杂质清理，将表面凹凸不平的区域，打磨下一层混凝土，并按以上步骤循环操作，直至光滑后晾干。

1.4.2"" 疲劳试验方法

试验中再生塑料轻质混凝土梁试件长、宽、高分别是155、155、555 mm，将其使用CTM2050 微机控制电子万能试验机中，进入三点弯拉检测模式。

1.4.3"" 自生收缩试验方法

使用图1所示的收缩装置，测试再生塑料轻质混凝土梁的自生收缩性能。

将梁试件两侧分别打一个小孔，然后在其表面放置一定量的润滑油，避免试件在试验中不能自由收缩。然后在试件的左端、右端均安装千分表，记载千分表不同时段的读数，进行收缩能力分析。

2"" 结果与讨论

2.1"" 再生塑料轻质混凝土配比效果分析

2.1.1"" 不同配合比条件下混凝土干表观密度变化

表2是不同配合比条件下混凝土干表观密度试验结果。

由表2可知，随着再生塑料颗粒取代砂子的比例增加，再生塑料轻质混凝土的干表观密度逐渐变小。此外，再生塑料颗粒的使用，轻质混凝土中会出现多差异的相，水泥浆对再生塑料颗粒表面的润湿作用下降，表面便会出现孔隙，从而导致再生塑料轻质混凝土的干表观密度变小。为此，在此组试验中，当再生塑料颗粒替代率为20%时，混凝土干表观密度状态最优。

2.1.2"" 不同配合比条件下混凝土吸水性变化

表3为不同配合比条件下混凝土吸水性试验结果。

由表3可知，当混凝土试件养护3、7 d后，再生塑料轻质混凝土吸水率低于养护28 d的试件。随着再生塑料颗粒取代砂子的比例（替代率）增加，再生塑料轻质混凝土试件的吸水率先变小后变大。结果表明，再生塑料轻质混凝土试件的养护时间越长，其吸水率越高，当替代率为20%、养护时间是28 d时，试件的吸水率最高。

2.1.3"" 不同配合比条件下混凝土抗压强度变化

表4是不同配合比条件下混凝土抗压强度试验结果。

由表4可知，随着再生塑料颗粒取代砂子的比例增加，再生塑料轻质混凝土试件抗压强度逐渐变小，说明再生塑料颗粒取代砂子，制备轻质混凝土时，会对混凝土强度产生负面干扰，导致其抗压强度值变小。随着再生塑料颗粒取代砂子的比例增加，轻质混凝土的抗压强度便会因塑料颗粒使用量增多而降低。当再生塑料颗粒的替代率为20%时，再生塑料轻质混凝土试件抗压强度最高。

2.2"" 性能测试结果分析

当再生塑料颗粒取代砂子的比例为替代率20%时，制备的再生塑料轻质混凝土性能最佳。为此，基于此配合比设计再生塑料轻质混凝土试件，并用于设计建筑工程再生塑料轻质混凝土梁，并分析再生塑料轻质混凝土在建筑工程中运用性能。

2.2.1"" 疲劳试验结果与分析

再生塑料轻质混凝土梁在建筑工程中疲劳试验测试结果如表5所示。

由表5可知，再生塑料轻质混凝土梁在建筑工程中，比普通混凝土的峰值荷载数值显著，峰值挠度也大于普通混凝土，2种混凝土梁的峰值挠度分别为0.66、0.54 mm，峰值拉力应变分别为792、588 με。对比之下，再生塑料轻质混凝土梁在建筑工程中应用后，能够优化建筑工程构件受损时的延性特征。

2.2.2"" 自生收缩结果与分析

再生塑料轻质混凝土梁、普通混凝土梁试件的自生收缩试验结果如表6所示。

由表6可知，再生塑料轻质混凝土梁、普通混凝土梁试件的自生收缩应力早期变化幅度显著，后期变化幅度减缓。普通混凝土梁的自生收缩应力后期变化不显著，再生塑料轻质混凝土梁的收缩应力变化相对明显一些，原因是再生塑料轻质混凝土梁试件中，因再生塑料颗粒吸水率显著，所以在试件养护时具有蓄水能力，在水化作用影响下，骨料中水分慢慢释放，导致混凝土基体的胶凝材料体积变形，降低了弹性模量，从而导致收缩变形比普通混凝土大。

3"" 结语

（1）再生塑料轻质混凝土相对于传统的混凝土，具有更轻的质量，这使得它在建筑和工程领域具有广泛的应用前景；

（2）塑料颗粒制备再生塑料轻质混凝土可以减少废弃塑料对环境的污染；

（3）由于使用了废弃的塑料制品，这种制备方式的成本相对较低，同时也能减少垃圾处理费用；

（4）再生塑料轻质混凝土梁在建筑工程中应用后，能够优化建筑工程受损时的延性特征。但是和普通混凝土相比，再生塑料轻质混凝土收缩变形相对更显著，在现实使用中，需结合此方面特性进行工程使用。

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