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1、再生PP塑料混凝土力学性能研究MechanicalPerformanceResearchonModifiedConcretewithRecycledPPPowderChenhao1（CollegeofArchitectureEngineering,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China）Abstract:DifferentamountofrecycledPolypropylenePP）plasticpowderwasputintotheconcrete.Thetestresearchofcubiccompressivestreng
2、thandprismaticcompressivestrengthwerecarriedouttostudythemechanicalperformanceswithvariousrecycledplasticpowderusedinmodifiedconcrete.Theresultsshowedthataddingtherecycledplasticpowderintothenaturalconcretecouldimprovethemechanicalperformancesofthenaturalconcreteandrealizethereuseofwasteplastic.Keyw
3、ords:recycledplasticpowder；polypropylene；replacementratio：modifiedconcrete：compressivestrength收稿日期：XXXX-XX-XX作者简介：张三（XXXX-）,性别，籍贯，学历，职称，研究方向或主要从事的工作。基金项目：项目名称（项目编号）E-mai1:0前言随着社会的发展，塑料制品的应用越来越广泛，中国已成为一个塑料消费大国，因此产生大量的塑料垃圾，造成严峻的“白色污染”，环境污染。处理大量的塑料垃圾的传统方法是丢弃、掩埋、焚烧，这些处理方法还是会造成环境的污染，危害人类和大自然，处理好塑料垃圾，对人类的
4、生存环境有积极意义和现实意义。目前，塑料废弃物的再利用技术可以分为两类：一类是直接在再利用，另一类是改性再利用。第二种方法越来越受到人们的关注。塑料垃圾的直接利用是塑料垃圾处理的最佳选择。其实就是塑料垃圾利用在再生混凝土方面，即将塑料垃圾（颗粒）掺入到普通混凝土制成塑料混凝土,它是一种绿色混凝土。在混凝土中惨入塑料粉可以很好的改善混凝土力学性能，可以改善混凝土的延性，有利于结构抗震，而且塑料混凝土具有轻质、隔音及较好的耐久性，因此可以应用于房屋建筑。早在20世纪末期国外学者已经开始了对塑料混凝土的研究，即将废塑料（颗粒）掺入到普通混凝土中制成塑料混凝土。相关文献表明，当塑料取代率达到20%以后
5、抗压强度下降幅度超过50乐基本上失去了应用价值。所以本文从改变塑料取代率（最高20%）,对塑料混凝土的力学性能进行研究，为运用于实际工程提供更有利的参考价值。以强度C30的混凝土为基础，将不同掺量的再生聚丙烯（PP）粉末取代部分细骨料掺入混凝土中，然后对改性混凝土进行立方体抗压强度、棱柱体抗压强度试验，研究再生PP粉末不同掺量对混凝土力学性能的影响。1试验1.1 原材料再生PP粉末采用塑料粉选用鄂州市晨云化工有限公司生产的塑料粉，粒径23.5mm,相对密度O.890.92gc?；水泥采用海螺牌普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5R；砂采用普通河砂，中砂，连续配级，表观密度2.65gcd,细度模数
6、2.7,市售;粗骨料采用天然碎石，粒径为220mm,连续配级，市售；搅拌水采用自来水。1.2 原料配合比为了研究塑料细骨料取代率对混凝土的影响，试件均以C30普通混凝土为基础参考混凝土，配合比严格采用普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2011)所规定的方法，再生PP粉末等体积取代部分细骨料的方式加入混凝土中。再生PP粉末掺量分别为0%,5%,10%,15%和20乐试块共10组，每组3块。立方体试件和棱柱体试件尺寸分别是150mmX150mm150mm、150mm150mm300mm,本试验采用的原料配方如表1所示。表1原料配合比Table1Rawmaterialmixratio试件水灰PP
7、塑材料用量/(kg?)水水砂再石编比料泥生子号取塑代料率RPP0.30%1734621012608531RPP0.35%1734589.31.126585395051RPP0.310%1734558.62.12610853911RPP0.315%1734527.93.1261585385151RPP0.320%1734496.124126208538.211.3 实验方法本试验采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌放料顺序:先放粗骨料和塑料粉，再水泥，最后是搅拌水。做到塑料均匀分布，浇筑后振动成型，24h后拆模并立即搬入标准养护室进行养护。28d混凝土的立方体抗压强度fcuk、棱柱体抗压强度Lk按照普
8、通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)【测试。2试验结果与分析2.1 再生PP塑料混凝土试件破坏形态通过试验，观察得出试件的典型破坏形态。抗压试验时，观察对比基准混凝土立方体试件，可以得出：试件的破坏形态与PP塑料的取代率有关。当PP塑料取代率较小时，再生PP塑料混凝土立方体试件的破坏形态与普通混凝土试件大致相同，同样可以观察到试件呈正倒相连的四角锥,但是当PP塑料取代率逐渐增大时，立方体试件破坏时没有明显现象，试件达到极限荷载时形状不变，而且在试件破坏开裂后还能承受一段时间的荷载。比较立方体RPP试件与RPP20试件可以看出，两个试件的破坏形态具有不同的特征，RPP试件
9、在发生破坏时能听到清脆的响声，而且有明显的剥落现象，破坏时出现较宽的裂缝；RPP20试件在破坏时只能听到较弱的清脆响声，并且剥落现象也不明显，破坏时出现较多的细小裂缝。这是由于塑料颗粒等体积取代了砂，而塑料颗粒本身具有一定的弹性，并且水泥浆基体的粘结强度与其本身的强度也均比较薄弱，使RPP20试件在加载过程中积蓄的能量提前释放出来，从而混凝土表现出一定的延性性质。对于棱柱体试件，PP塑料的加入，在试验过程中，时间达到极限荷载时，出现了更多的裂缝。这一现象表明：PP塑料取代细骨料时，可以提高混凝土的延性。2.2 再生PP塑料混凝土立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度是最基础性的强度重要指标。混凝
10、土的各种力学性能与强度密不可分。水泥强度、水灰比和骨料质量等都是混凝土强度的影响因素，而且混凝士的强度还与养护条件下的温湿度、养护龄期等因素有关。混凝土的抗压强度从微观结构的角度分析，粗骨料与硬化水泥的过渡区的界面强度、水泥石强度以及粗骨料为三个主要因素，但是还与加载速度及混凝土内部裂纹的扩展程度相关。在普通混凝土中等体积掺入废弃的塑料的微小颗粒取代砂之后，使原来混凝土的组成成分和细观结构发生改变。由于废弃塑料颗粒与砂子有相同的级配，能够充分的填充混凝土中粗骨料间的孔隙，使得混凝土结构整体更加密实而均匀，从而增加混凝土的强度；但是与天然的河砂相比，混凝土的强度也受硬化水泥与废弃塑料之间的粘结强
11、度的影响。特别是当混凝土受到压力荷载作用时.，因为周围硬化后的水泥浆体与废弃塑料颗粒的变形不协调，会产生微观裂缝，影响水泥浆体骨架作用，并导致破坏，从而影响混凝土的抗压强度。抗压试验采用微机控制电液伺服刚性试验机。试件尺寸15OmnlXI50InmXI50mm,共5组，每组3个试件。试件的立方体抗压强度见表2。表2立方体抗压强度Table1Cubecompressivestrength试件编号PP塑料取代率立方体抗压强度(MPa)RPPO0%34.7RPP55%33.4RPPlO10%31.5RPP1515%29.1RPP2020%25.6从表中可以看出，立方体的抗压强度随着再生PP塑料的颗粒
12、掺量的增加而逐渐减小。根据表2的数据绘制塑料颗粒取代率与混凝土立方体抗压强度的关系图，塑料掺合料混凝土立方体抗压强度的试验结果见图2-1o(BdW) 3s S3432302826生PP塑料颗粒表面较光滑，当PP塑料颗粒等体积取代细骨料砂时，导致塑料颗粒与水泥浆基体之间的界面过渡区粘接强度比骨料与水泥浆基体之间的界面过渡区粘接强度要低；同时塑料本身的强度远小于骨料和支我石的强度,PP塑料粉的存在使水泥水化作诙5完全反应，从而导致了混凝土强度的降低塑料惨量越高，塑料颗粒与水泥浆基体之阖的薄弱界面区也越多，因此混05TOPP塑料粉掺量（图2-1塑料颗粒取代率与混凝土立方体抗压强度的关系图Fig.21
13、Plasticparticlessubstitutionrateandconcretecubecompressivestrengthdiagram从图2-1可以看出，随着塑料惨量的增加混凝土的立方体抗压强度呈下降趋势，降低速率逐渐增加。普通混凝土RPP立方体抗压强度为34.7MPa,RPP20试件的立方体抗压强度为25.6MPa,比RPP试件下降了26.2%o混凝土是一种复合材料，主要由嵌埋于水泥浆中的不同粒径的粗细骨料组成。其强度的影响因素主要包含三个方面：骨料与砂浆界面过渡区的粘结强度、骨料强度以及砂浆的强度。大量试验研究结果表明，混凝土中的薄弱区域主要分布在骨料与砂浆的界而过滤区，混凝土
14、材料抗拉强度低的根本原因就是这个薄弱区域的存在。本试验所用再辕一强度也倒降的更多。%）2.3再生PP塑料混凝土棱柱体抗压强度为了与混凝土的实际工作状态一致，常用棱柱体来反应混凝土的实际抗压强度。抗压试验采用微机控制电液伺服刚性试验机。试件尺寸150DInlXI50mmX300mm,共5组，每组3个试件。试件的棱柱体方体抗压强度见表3表3棱柱体抗压强度Table1Prismcompressivestrength试件PP塑棱柱体立方体棱柱体抗压编号料取抗压强抗压强强度/立方代率度（MPa）度(MPa)体抗压强度RPPO0%31.934.70.92RPP55%25.933.40.76RPPl010%
15、23.431.50.74RPPl515%22.929.10.79RPP2020%18.625.60.73从表3可以看出，混凝土棱柱体抗压强度随着塑料掺量的增加呈下降趋势，RPP20试件棱柱体抗压强度比基准混凝土RPP试件棱柱体抗压强度下降了41.7%。文献皿表明，在立方体抗压强度为1055MPa范围内，棱柱体抗压强度与立方体抗压强度之比约为0.700.80.从表3可知，基准试件的棱柱体抗压强度与立方体抗压强度比值为O92,不在0.700.80的范围内,棱柱体抗压强度与立方体抗压强度比值均在0.73以上，其值与普通混凝土相近。根据表3的数据绘制塑料颗粒取代率与混凝土棱柱体抗压强度的关系图，塑料掺
16、合料混凝土棱柱体抗压强度的试验结果见图2-2o3230282624222018体抗压强度的关系图Fig.22Plasticparticlessubstitutionrateandcompressivestrengthofconcreteprismdiagram由图2-2可以看出，随着再生塑料颗粒掺量的增加，棱柱体抗压强度逐渐降低，降低速率先减小后增大。原因分析如下：塑料粉具有一定的吸水能力。塑料粉的吸水作用改变了混凝土原有的水灰比，使得水灰比变小，从而强度有所增加。塑料粉的掺入改变了集料的颗粒级配。塑料粉能够很好地填充集料之间的空隙，使得集料之间连接更加紧密。塑料粉本身强度较低，塑料粉的存在也
17、使得水泥水化作用不能完全反应。综合以上三种原因，随着塑料粉的掺入量增加，混凝土棱柱体抗压强度的降低速率呈现不规则的变化。3结论本试验利用废旧PP塑料颗粒作为掺合料引入混凝土，以设计强度为C30的混凝土作为基础，废弃PP塑料颗粒以等体积替代砂子的方式加入到普通混凝土中，探究不同掺量时塑料颗粒对混凝土的基本力学性能1一篌得出如下结论:IT秧试验时，再生塑料混凝土试件达到极限温Q出现更多的裂缝。塑料取代率的提高，破R胶混凝土的外层混凝土出现忿离，但是网法不明显,没有出现基准PP塑料粉掺量（溜凝土破坏后的呈正倒相连的四角锥。塑料图2-2塑料颗粒取代率与混凝土棱柱的掺入，的确可以提高再生混凝土的延性。2
18、)再生塑料混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度和劈裂抗拉强度，随着塑料取代率的增大呈下降趋势。建议：塑料细骨料取代率在10%以内的塑料再生混凝土,较普通混凝土强度的相差比较小，完全可以运用于一般的实际工程。3)混凝土的立方体抗压强度及轴心抗压强度均随着塑料掺量的增加而降低，RPP20试件的立方体抗压强度及立方体抗压强度分别比RPP试件下降和，下降幅度较大;4)随塑料粉掺量增加，立方体抗压强度逐渐降低，再生塑料混凝土28d立方体抗压强度与立方体抗压强度的比值均在0.7以上，比值低于普通混凝土。分考文献：1陈丹，黄兴元,汪朋，等.废旧塑料回收利用的有效途径J.工程塑料应用，2012,40(9):
19、92-94.2欧育潮.国外废旧塑料回收新工艺J.中国包装工业，2003,12(1)：58-59.3张玉龙.废旧塑料回收制备与配方M.北京：化学工业出版社，2008.2：15-15.4过镇海.混凝土的强度和变形：试验基础和本构关系M,北京：清华大学出版社，1997.5黄海滨，刘锋，李丽娟.塑料回收利用与再生塑料在建材中的应用J.工程塑料应用，2009,37(4)：4-7.6姚武.绿色混凝土M化学工业出版社,2006.7刘锋，黄海滨，夏晓舟，等.塑料改性混凝土力学性能研究及细观数值模拟J.建筑材料学报，2011,14(2)：33-39.8黄丽，高分子材料M：第2版；北京:化学工业出版社,2010:60.9 JGJ55-20U,普通混凝土配合比设计规程.10 GB/T50081-2002,普通混凝土力学性能试验方法标准S.11湖南大学，同济大学.土木工程材料M.北京：中国建筑工业出版社，2002.
