不同塑料颗粒掺量对自密实轻质混凝土工作性能的影响

　　1、 简介

　　塑料是人类在 20 世纪的最伟大发明之一，这种新材料的出现给人们的生活带来了极大的便利性。随着社会的快速发展，人们对于塑料这种高分子材料的消耗日益增加，而由此产生的大量的废弃塑料也逐渐达到了环境的最大承受能力。对废弃塑料的回收并加以利用是最有效解决塑料污染的有效途径。将废弃塑料进行回收后进行简单处理，再将其加入到混凝土中，不仅能消耗一部分废弃塑料，又能够改善混凝土的一些基本性能。研究再生塑料改性混凝土从各方面来讲，都具有十分重大的意义。

　　将塑料颗粒粉碎成不同的粒径直接加入到混凝土材料中制作成的新型混凝土称为再生塑料改性混凝土。国外对再生塑料的研究较多并且开始的时间较早，从现有的资料来看，他们研究的内容主要是将再生塑料作为细骨料，部分或者全部替代混凝土中的普通砂，研究其物理、化学和力学性能等。Marzouk 等将废弃的塑料瓶破碎成颗粒后添加到混凝土中，研究粒径、替代率对于力学性能的影响规律。

　　Panyakapo 等将三聚氰胺塑料颗粒掺入到混凝土中，配制成了一种新型的轻质混凝土。而 Dweik 等将三聚氰胺颗粒按不同替代率替代混凝土中的砂，结果表明替代率在 30%以下时，塑料混凝土的抗压强度随替代率的增长而提高。香港理工大学 Kou 等利用 PVC 管颗粒和膨胀黏土配制出的轻质混凝土，不仅密度较低，其延展性、抗干缩性以及抗氯离子渗透性都很好。我国关于塑料改性混凝土研究尚处于起步阶段。刘锋等将再生 ABS/PC 颗粒和粉末直接掺入到混凝土中替代部分细骨料，对其基本力学性能和抗冲击压缩性能进行了相关研究。并利用蒙特卡洛的方法建立二维和三维的随机骨料模型，对有关混凝土的力学性能进行了细观的数值模拟。

　　自密实塑料颗粒改性混凝土是在自密实混凝土研究的基础上，通过掺入塑料颗粒对自密实混凝土进行改性形成的一种新型高性能混凝土。当前，国内外尚无对这种新型混凝土的研究。相关的研究中，仅Safi等将废弃塑料作为细骨料应用到自密实砂浆中，研究中作者按砂重量的0%，10%，20%，30%和50%来考虑PET的掺量，从主要的物理性能(堆积密度，孔隙率，吸水性和超声波脉冲速度试验)和力学性能(抗压强度和抗折强度)两个方面研究了PET对自密实砂浆的影响规律。本文将再生改性聚丙烯塑料(用于制作光盘、塑料地板等)颗粒掺入自密实混凝土中，同时以减轻自重为目的，提出一种自密实废弃塑料颗粒改性轻质混凝土的配合比方案，通过等体积替代法确定塑料颗粒掺量。并采用试验分析不同塑料颗粒掺量对自密实轻质混凝土工作性能的影响。

　　2、 自密实塑料颗粒改性轻骨料混凝土配合比设计

　　2.1 试验原材料

　　本试验选用的水泥为山东山水集团青岛水泥分公司生产的型号为 P.C.32.5R 复合硅酸盐水泥。粉煤灰为青岛东亿热电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。细骨料采用普通河砂，中砂，表观密度为 2.65g/cm3。粗骨料为轻骨料，采用青岛四产新型建材有限公司生产的黏土陶粒，5~20mm 连续级配。塑料颗粒为青岛顺达丰工贸有限公司提供的改性聚丙烯塑料颗粒，粒径为 2~3.5mm，短柱状，密度为 1.10g/cm3。减水剂选用大连 Sika3301 聚羧酸系高效减水剂(HRW)。

　　2.2 试验配合比

　　本试验以C30普通混凝土配合比设计作为参考。由于试验中采用的骨料为轻骨料，其表观密度仅816.3kg/m3，在浆体搅拌过程中极易出现骨料上浮，故在拌合之前对轻骨料进行预湿处理。由于该轻骨料吸水率较高，浸泡24小时后，骨料的自重加大，故而在混凝土搅拌过程中避免了骨料的上浮。此外，塑料颗粒以等体积替代砂子的方式加入到混凝土中，其掺量分别为胶凝材料质量的5%、8%、10%和15%。

　　同时配制不掺塑料颗粒的普通自密实轻质混凝土作为对比。五种具体配合比见表1。其中编号中P后面的数值0、5、8、10、15分别表示替代率。

　　3、 自密实塑料颗粒改性轻质混凝土工作性能试验研究

　　本试验进行的自密实塑料颗粒改性轻质混凝土的工作性能试验主要包括坍落扩展度试验、J 环扩展度试验和分层试验。其中，坍落扩展度试验主要测定自密实混凝土拌合物的填充性，J 环扩展度试验测定自密实混凝土的间隙通过能力，而分层试验测定自密实混凝土抗骨料离析性能。

　　3.1 坍落扩展度试验

　　本试验参考《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283-2012)的相关要求进行。试验时，将新拌混凝土拌合物倒入坍落度桶内，测试坍落度桶提起后拌合物流动至 500mm 刻度圈所用的时间 T以及最终的扩展直径，即扩展度。此外，测试了 0min、10min 和 30min 的扩展直径，以评价该新型自密实混凝土坍落扩展度的经时损失。具体结果见表 2。

　　由表可知，未掺加塑料颗粒的自密实轻骨料混凝土 0min 的扩展度为 540，略小于规范给出的 550的要求。但从流动时间的角度来评定，该混凝土适用于一般的普通钢筋混凝土结构。当掺入塑料颗粒后，P5 组至 P15 组的扩展度都有了较明显的增长，满足规范的要求，能达到自密实的效果。此外，未掺加塑料颗粒的混凝土坍落扩展度的经时损失明显大于掺加塑料颗粒的各组。其中塑料掺量为 5%和 15%时的经时损失明显较小。这表明塑料颗粒的掺入对于轻骨料混凝土的保坍性具有一定的促进作用。

　　塑料颗粒相对于普通河砂吸水率小，导致拌合物中的自由水分增多；另一方面，由于试验所采用的轻骨料呈短柱状，骨料颗粒的级配较碎石型差，掺入的塑料颗粒能够有效填充粗骨料之间的孔隙，再加上塑料颗粒自身的“滚珠”效应，从而增加其流动性。

　　3.2 J 环扩展度试验

　　本试验按照《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283-2012)的相关要求进行，测试的指标为 0min时的坍落扩展度与 J环扩展度的差值。试验测得的 J环扩展直径及其与坍落扩展度的差值 PA见表 3。

　　按照《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283-2012)的要求，PA 值的范围为 0~50。五组混凝土拌合物中，P0、P15 组的 PA 值过大，其他三组的 PA 值均满足规范的要求。而且掺入塑料颗粒后，有效的改善了混凝土拌合物的间隙通过能力。但前已述及，塑料颗粒相对于普通河砂吸水率小。当塑料颗粒掺量为 15%时，拌合物中的自由水分急剧增多，出现了轻微的泌水现象，从而影响了其间隙通过能力。

　　3.3 分层试验

　　本试验旨在研究掺入塑料颗粒后，对于自密实轻骨料混凝土抗离析性的影响规律，采用胡曙光等使用的分层度桶试验方法，并在其基础上进行了一定的改进。该方法所使用的试验仪器是直径 200mm、高660mm 的圆桶，平均分成四层，每层高 165mm。装置如图 4 所示。

　　分层度试验如图 5 所示，具体步骤参考文献[9]。试验中主要测定四个桶中粗骨料的质量 G1、G2、G3和 G4。进而通过式(1)计算标准差，作为分层度 FC。

　　从表中可以看出，未掺加塑料的自密实轻骨料混凝土 FC 为 8.47%，而掺入塑料颗粒后，FC 的变化规律出现先减小，然后逐渐增大，再继续减小的特点，波动较大。这表明塑料颗粒的掺入对自密实轻骨料混凝土的抗轻骨料离析性能影响并不明显。

　　4、 结论

　　国内外关于废弃塑料颗粒改性混凝土与自密实轻骨料混凝土的物理力学性能进行了一定的研究，但能否将二者结合在一起，配制出一种新型的自密实塑料颗粒改性轻质混凝土，值得关注。目前国内外尚无关于此方面的研究。鉴于此，本文采用陶粒作为粗骨料，采用粉煤灰替代部分水泥；塑料颗粒采用改性聚丙烯塑料，掺量为胶凝材料质量的 0%、5%、8%、10%和 15%，并通过等体积替代法取代部分细骨料，得到了四组自密实塑料颗粒改性轻质混凝土和一组自密实轻骨料混凝土的配合比设计方案。随后通过坍落扩展度试验、J 环扩展度试验和分层试验分别研究了五组新型混凝土的填充性能、间隙通过性能和抗轻骨料离析能力等三种工作性能。结果表明，随塑料颗粒掺量的增加，自密实混凝土的扩展度增加，且扩展度的经时损失均小于不掺塑料颗粒的情况。而且掺入塑料颗粒后，自密实混凝土通过间隙通过能力增加；但对混凝土的抗轻骨料离析性能影响不明显。本文得到的新型混凝土可用于实际工程中，且该混凝土体现了环保、轻质、方便施工三大特点，将具有十分重要的应用价值。

　　参考文献：
　　[1] 黄海滨. 再生塑料改性混凝土力学性能试验研究及数值模拟[D]. 广东工业大学, 2010.