改性再生塑胶颗粒对陶粒混凝土力学性能的影响研究_温永钦.pdf

0引言随着科学技术的发展，塑料制品被越来越广泛地应用于人们生活实践中1，但其具有使用周期短、分解速度慢、生物降解差等缺点2，导致塑料垃圾污染问题日益突出。同时，因为建筑行业的蓬勃发展，砂石用量需求大幅提高，导致砂石资源供应日益紧张。鉴于此，有学者用废旧塑料颗粒代替砂石骨料掺入水泥砂浆或普通混凝土中进行研究，研究结果表明其对砂浆和混凝土力学性能和耐久性能具有一定的改善作用3-5。MARZOUK等6将废弃PET瓶破碎成塑料颗粒后,等体积取代混凝土中的细骨料，表明再生塑料取代率、颗粒粒径对混凝土力学性能影响明显。杨树桐等7使用改性聚丙烯塑料等体积取代河砂后发现，混凝土的抗压强度、抗折强度均呈现先增加而后降低的趋势。冯兵辰8采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和聚碳酸酯（PC）合成了热可塑性塑胶（以下简称ABS/PC塑胶），将ABS/PC塑胶颗粒作为细骨料加入到普通混凝土中后发现，混凝土的抗压强度、劈裂强度、抗折强度均先增强后降低，当掺量为5时，其力学性能指标达到最优。王磊等9-10采用硅烷偶联剂对ABS/PC塑胶颗粒改性后发现，硅烷偶联剂对普通混凝土的力学性能具有一定改善作用。上述研究多针对ABS/PC塑胶颗粒对普通混凝土力学性能的影响，对于采用硅烷偶联剂对ABS/PC改性再生塑胶颗粒对陶粒混凝土力学性能的影响研究温永钦，姜婷婷，卢金山，王禄彤（吉林建筑大学 土木工程学院，吉林 长春130118）摘要：通过立方体抗压、劈裂抗拉和抗折试验，研究了未改性和改性再生热可塑性塑胶颗粒（ABS/PC塑胶颗粒）等体积取代河砂（取代率为0%、3%、5%、8%、10%、13%）和塑料颗粒改性剂（硅烷偶联剂）对陶粒混凝土力学性能的影响。结果表明：随着再生热可塑性塑胶颗粒取代率的增大，陶粒混凝土的干表观密度呈降低趋势，抗压、抗折、劈裂抗拉强度均呈先增大后减小的趋势，当取代率为8时，各项强度指标最优；硅烷偶联剂的加入对再生热可塑性塑胶颗粒陶粒混凝土的力学性能提升效果显著。关键词：ABS/PC塑胶颗粒；取代率；硅烷偶联剂；力学性能中图分类号：TU528.2文献标识码：Adoi：10.19761/j.1000-4637.2023.07.066.05Effect of modified recycled plastic particles on mechanical properties ofceramsite concreteWEN Yongqin,JIANG Tingting,LU Jinshan,WANG Lutong(School of Civil Engineering,Jilin Jianzhu University,Changchun 130118,China)Abstract:The effects of the replacement rates of unmodified and modified recycled ABS/PC plastic particles(0,3%,5%,8%,10%,13%)and the plastic particle modifier(silane coupling agent)on the mechanical properties of ceramsiteconcrete were studied through the tests of cube compression,splitting tensile and flexural resistance.The results show thatwith the increase of the replacement rate of recycled ABS/PC plastic particles,the dry apparent density of ceramsiteconcrete decreases,and the compressive strength,flexural strength and tensile strength all increase first and then decrease.When the replacement rate is 8%,all strength indexes are optimal.The addition of silane coupling agent can significantlyimprove the mechanical properties of ceramsite concrete mixed with recycled ABS/PC plastic particles.Keywords:ABS/PC plastic particle;Replacement rate;Silane coupling agent;Mechanical property基金项目：吉林省教育厅科研项目（JJKH20210301KJ）。2023年第7期混 凝 土 与 水 泥 制 品2023 No.77月CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTSJuly66-表2试验配合比Table 2Test mix proportions塑胶颗粒进行改性及其对轻骨料混凝土的影响研究甚少。本文采用硅烷偶联剂改性再生ABS/PC塑胶颗粒，研究再生ABS/PC塑胶颗粒等体积取代河砂对陶粒混凝土力学性能的影响。1试验概况1.1原材料水泥：吉林亚泰水泥有限公司生产的PO 42.5级；细骨料：普通河砂，细度模数2.8；粗骨料：粉煤灰陶粒，物理性能指标见表1，形貌状态见图1；塑料颗粒：再生ABS/PC塑胶颗粒，圆柱体状，粒径12 mm，高度23 mm，密度1.1 g/cm3，其形貌见图2；硅烷偶联剂：KH-570硅烷偶联剂；减水剂：聚羧酸系减水剂，减水率30%；水：自来水；无水乙醇：工业级；无水乙酸：山东祥盛精细化工有限公司生产。1.2再生ABS/PC塑胶颗粒改性将无水乙醇和水按91质量比混合，加入一定量的无水乙酸将醇水溶液的pH值调节至34，再将硅烷偶联剂采用玻璃棒缓慢加入至酸性的醇水溶液中，制备质量分数为1%的硅烷偶联剂溶液，静置5 min等待水解后缓慢搅拌，将洗净干燥的再生ABS/PC塑胶颗粒在硅烷偶联剂中充分浸润30 min后取出，置于60 烘干箱中干燥2 h，得到KH-570硅烷偶联剂改性后的再生ABS/PC塑胶颗粒。改性过程见图3。1.3试验配合比及试件制作以C30陶粒混凝土配合比为基准，采用改性再生ABS/PC塑胶颗粒等体积取代河砂，本文配合比设计的取代率分别为0、3%、5%、8%、10%、13%，试件分为A、B两组，A组采用未改性再生ABS/PC塑胶颗粒，B组采用改性再生ABS/PC塑胶颗粒，具体试验配合比见表2。向搅拌机内加入预湿1 h的陶粒、河砂、水泥和再生ABS/PC塑胶颗粒，干拌至均匀，然后缓慢加入减水剂和水搅拌2 min10-11。1.4试验方法干表观密度：将一组3个试件标准养护28 d后放入温度为（605）的干燥箱内烘至绝干状态，取出降温至室温后通过称重计算其干表观密度。表1粉煤灰陶粒物理性能指标Table 1Physical performance indicators of fly ash ceramsite粒径/mm吸水率/%堆积密度/（g/cm3）筒压强度/MPa5128.668508.5图1粉煤灰陶粒形貌图2再生ABS/PC塑胶颗粒Figure 1Morphology of flyash ceramsiteFigure 2Morphology of recycledABS/PC plastic particles图3再生ABS/PC塑胶颗粒改性Figure 3Modification of recycled ABS/PC plastic particles编号取代率/%水泥/（kg/m3）水/（kg/m3）河砂/（kg/m3）陶粒/（kg/m3）再生ABS/PC塑胶颗粒/（kg/m3）减水剂/（kg/m3）A0/B0A3/B3A5/B5A8/B8A10/B10A13/B1303581013460460460460460460160160160160160160740706684650627593640640640640640640013.823.036.846.059.84.64.64.64.64.64.6抗压强度和劈裂抗拉强度：根据GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准的规定进行，试件尺寸为100 mm100 mm100 mm，用于抗压强度和劈裂抗拉强度试验的试件分别为24组，每组3个试件，标准养护7 d、28 d。抗折强度：根据GB/T 500812019的规定进行，试件尺寸为100 mm100 mm400 mm，折减系数为0.85，标准养护28 d。SEM分析：对样品表面进行喷金处理，观察样品表面形貌。改性再生塑胶颗粒对陶粒混凝土力学性能的影响研究温永钦，姜婷婷，卢金山，等67-2试验结果与分析2.1干表观密度不同再生ABS/PC塑胶颗粒取代率试件的干表观密度试验结果见图4。由图4可知，随着再生ABS/PC塑胶颗粒取代率的增加，陶粒混凝土的干表观密度呈现不断降低趋势，当取代率为0时，陶粒混凝土的干表观密度为1 898 kg/m3，当取代率为13时，陶粒混凝土的干表观密度降至1 830 kg/m3，产生这种现象的原因是再生ABS/PC塑胶颗粒的表观密度远小于河砂。2.2硅烷偶联剂对再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土力学性能的影响2.2.1抗压强度未改性与经硅烷偶联剂改性的再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的抗压强度对比结果见图5。由图5可知：随着ABS/PC塑胶颗粒取代率的增加，B组抗压强度呈现先增加后降低的趋势，但相较于A组，当替代率高于8%时，B组抗压强度下降趋势更平缓；B组在不同取代率情况下，7 d、28 d抗压强度始终高于A组，增幅为2.32%6.61%；硅烷偶联剂的加入可以使再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的抗压强度得到明显提高，这是由于硅烷偶联剂能提高无机材料（水泥）与有机材料（再生ABS/PC塑胶颗粒）之间的黏结性能，可以有效改善再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的界面相容性，减少界面空洞和裂纹，从而明显提高抗压性能12-13。2.2.2劈裂抗拉强度与拉压比未改性与经硅烷偶联剂改性的再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的劈裂抗拉强度对比结果见图6。由图6可知，随着ABS/PC塑胶颗粒取代率的增加，B组试件的7 d、28 d劈裂抗拉强度呈先增加后降低的趋势，当取代率为8%时，陶粒混凝土的28 d劈裂抗拉强度达到最大值4.12 MPa，与B0组相比，增幅达27.6%；B组的劈裂抗拉强度始终高于A组，随着ABS/PC塑胶颗粒取代率的增加，两者的差距逐渐增大；硅烷偶联剂的加入明显提高了再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的抗拉性能。表3为未改性与改性再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的拉压比。由表3可知，随着再生ABS/PC塑胶颗粒取代率的增加，陶粒混凝土的拉压比逐渐增大，当取代率为13%时，B13陶粒混凝土的拉压比达到了1/9.65，图4不同再生ABS/PC塑胶颗粒取代率试件的干表观密度Figure 4Dry apparent density of specimens with differentreplacement rates of recycled ABS/PC plastic particles1 9001 8801 8601 8401 820干表观密度/（kg/m3）02468101214取代率/%（a）7 d抗压强度（b）28 d抗压强度图5未改性与改性再生ABS/PC塑胶颗粒陶粒混凝土的抗压强度Figure 5Compressive strength of ceramsite concrete withunmodified and modified recycled ABS/PC plastic