1、 簡介
塑料是人類在 20 世紀的最偉大發明之一，這種新材料的出現給人們的生活帶來了極大的便利性。隨著社會的快速發展，人們對于塑料這種高分子材料的消耗日益增加，而由此產生的大量的廢棄塑料也逐漸達到了環境的最大承受能力。對廢棄塑料的回收并加以利用是最有效解決塑料污染的有效途徑。將廢棄塑料進行回收后進行簡單處理，再將其加入到混凝土中，不僅能消耗一部分廢棄塑料，又能夠改善混凝土的一些基本性能。研究再生塑料改性混凝土從各方面來講，都具有十分重大的意義。
將塑料顆粒粉碎成不同的粒徑直接加入到混凝土材料中制作成的新型混凝土稱為再生塑料改性混凝土。國外對再生塑料的研究較多并且開始的時間較早，從現有的資料來看，他們研究的內容主要是將再生塑料作為細骨料，部分或者全部替代混凝土中的普通砂，研究其物理、化學和力學性能等。Marzouk 等將廢棄的塑料瓶破碎成顆粒后添加到混凝土中，研究粒徑、替代率對于力學性能的影響規律。
Panyakapo 等將三聚氰胺塑料顆粒摻入到混凝土中，配制成了一種新型的輕質混凝土。而 Dweik 等將三聚氰胺顆粒按不同替代率替代混凝土中的砂，結果表明替代率在 30%以下時，塑料混凝土的抗壓強度隨替代率的增長而提高。香港理工大學 Kou 等利用 PVC 管顆粒和膨脹黏土配制出的輕質混凝土，不僅密度較低，其延展性、抗干縮性以及抗氯離子滲透性都很好。我國關于塑料改性混凝土研究尚處于起步階段。劉鋒等將再生 ABS/PC 顆粒和粉末直接摻入到混凝土中替代部分細骨料，對其基本力學性能和抗沖擊壓縮性能進行了相關研究。并利用蒙特卡洛的方法建立二維和三維的隨機骨料模型，對有關混凝土的力學性能進行了細觀的數值模擬。
自密實塑料顆粒改性混凝土是在自密實混凝土研究的基礎上，通過摻入塑料顆粒對自密實混凝土進行改性形成的一種新型高性能混凝土。當前，國內外尚無對這種新型混凝土的研究。相關的研究中，僅Safi等將廢棄塑料作為細骨料應用到自密實砂漿中，研究中作者按砂重量的0%，10%，20%，30%和50%來考慮PET的摻量，從主要的物理性能\\(堆積密度，孔隙率，吸水性和超聲波脈沖速度試驗\\)和力學性能\\(抗壓強度和抗折強度\\)兩個方面研究了PET對自密實砂漿的影響規律。本文將再生改性聚丙烯塑料\\(用于制作光盤、塑料地板等\\)顆粒摻入自密實混凝土中，同時以減輕自重為目的，提出一種自密實廢棄塑料顆粒改性輕質混凝土的配合比方案，通過等體積替代法確定塑料顆粒摻量。并采用試驗分析不同塑料顆粒摻量對自密實輕質混凝土工作性能的影響。
2、 自密實塑料顆粒改性輕骨料混凝土配合比設計
2.1 試驗原材料
本試驗選用的水泥為山東山水集團青島水泥分公司生產的型號為 P.C.32.5R 復合硅酸鹽水泥。粉煤灰為青島東億熱電廠生產的Ⅱ級粉煤灰。細骨料采用普通河砂，中砂，表觀密度為 2.65g/cm3。粗骨料為輕骨料，采用青島四產新型建材有限公司生產的黏土陶粒，5~20mm 連續級配。塑料顆粒為青島順達豐工貿有限公司提供的改性聚丙烯塑料顆粒，粒徑為 2~3.5mm，短柱狀，密度為 1.10g/cm3。減水劑選用大連 Sika3301 聚羧酸系高效減水劑\\(HRW\\)。
2.2 試驗配合比
本試驗以C30普通混凝土配合比設計作為參考。由于試驗中采用的骨料為輕骨料，其表觀密度僅816.3kg/m3，在漿體攪拌過程中極易出現骨料上浮，故在拌合之前對輕骨料進行預濕處理。由于該輕骨料吸水率較高，浸泡24小時后，骨料的自重加大，故而在混凝土攪拌過程中避免了骨料的上浮。此外，塑料顆粒以等體積替代砂子的方式加入到混凝土中，其摻量分別為膠凝材料質量的5%、8%、10%和15%。
同時配制不摻塑料顆粒的普通自密實輕質混凝土作為對比。五種具體配合比見表1。其中編號中P后面的數值0、5、8、10、15分別表示替代率。
3、 自密實塑料顆粒改性輕質混凝土工作性能試驗研究
本試驗進行的自密實塑料顆粒改性輕質混凝土的工作性能試驗主要包括坍落擴展度試驗、J 環擴展度試驗和分層試驗。其中，坍落擴展度試驗主要測定自密實混凝土拌合物的填充性，J 環擴展度試驗測定自密實混凝土的間隙通過能力，而分層試驗測定自密實混凝土抗骨料離析性能。
3.1 坍落擴展度試驗
本試驗參考《自密實混凝土應用技術規程》\\(JGJ/T283-2012\\)的相關要求進行。試驗時，將新拌混凝土拌合物倒入坍落度桶內，測試坍落度桶提起后拌合物流動至 500mm 刻度圈所用的時間 T以及最終的擴展直徑，即擴展度。此外，測試了 0min、10min 和 30min 的擴展直徑，以評價該新型自密實混凝土坍落擴展度的經時損失。具體結果見表 2。
由表可知，未摻加塑料顆粒的自密實輕骨料混凝土 0min 的擴展度為 540，略小于規范給出的 550的要求。但從流動時間的角度來評定，該混凝土適用于一般的普通鋼筋混凝土結構。當摻入塑料顆粒后，P5 組至 P15 組的擴展度都有了較明顯的增長，滿足規范的要求，能達到自密實的效果。此外，未摻加塑料顆粒的混凝土坍落擴展度的經時損失明顯大于摻加塑料顆粒的各組。其中塑料摻量為 5%和 15%時的經時損失明顯較小。這表明塑料顆粒的摻入對于輕骨料混凝土的保坍性具有一定的促進作用。
塑料顆粒相對于普通河砂吸水率小，導致拌合物中的自由水分增多；另一方面，由于試驗所采用的輕骨料呈短柱狀，骨料顆粒的級配較碎石型差，摻入的塑料顆粒能夠有效填充粗骨料之間的孔隙，再加上塑料顆粒自身的“滾珠”效應，從而增加其流動性。
3.2 J 環擴展度試驗
本試驗按照《自密實混凝土應用技術規程》\\(JGJ/T283-2012\\)的相關要求進行，測試的指標為 0min時的坍落擴展度與 J環擴展度的差值。試驗測得的 J環擴展直徑及其與坍落擴展度的差值 PA見表 3。
按照《自密實混凝土應用技術規程》\\(JGJ/T283-2012\\)的要求，PA 值的范圍為 0~50。五組混凝土拌合物中，P0、P15 組的 PA 值過大，其他三組的 PA 值均滿足規范的要求。而且摻入塑料顆粒后，有效的改善了混凝土拌合物的間隙通過能力。但前已述及，塑料顆粒相對于普通河砂吸水率小。當塑料顆粒摻量為 15%時，拌合物中的自由水分急劇增多，出現了輕微的泌水現象，從而影響了其間隙通過能力。
3.3 分層試驗
本試驗旨在研究摻入塑料顆粒后，對于自密實輕骨料混凝土抗離析性的影響規律，采用胡曙光等使用的分層度桶試驗方法，并在其基礎上進行了一定的改進。該方法所使用的試驗儀器是直徑 200mm、高660mm 的圓桶，平均分成四層，每層高 165mm。裝置如圖 4 所示。
分層度試驗如圖 5 所示，具體步驟參考文獻[9]。試驗中主要測定四個桶中粗骨料的質量 G1、G2、G3和 G4。進而通過式\\(1\\)計算標準差，作為分層度 FC。
從表中可以看出，未摻加塑料的自密實輕骨料混凝土 FC 為 8.47%，而摻入塑料顆粒后，FC 的變化規律出現先減小，然后逐漸增大，再繼續減小的特點，波動較大。這表明塑料顆粒的摻入對自密實輕骨料混凝土的抗輕骨料離析性能影響并不明顯。
4、 結論
國內外關于廢棄塑料顆粒改性混凝土與自密實輕骨料混凝土的物理力學性能進行了一定的研究，但能否將二者結合在一起，配制出一種新型的自密實塑料顆粒改性輕質混凝土，值得關注。目前國內外尚無關于此方面的研究。鑒于此，本文采用陶粒作為粗骨料，采用粉煤灰替代部分水泥；塑料顆粒采用改性聚丙烯塑料，摻量為膠凝材料質量的 0%、5%、8%、10%和 15%，并通過等體積替代法取代部分細骨料，得到了四組自密實塑料顆粒改性輕質混凝土和一組自密實輕骨料混凝土的配合比設計方案。隨后通過坍落擴展度試驗、J 環擴展度試驗和分層試驗分別研究了五組新型混凝土的填充性能、間隙通過性能和抗輕骨料離析能力等三種工作性能。結果表明，隨塑料顆粒摻量的增加，自密實混凝土的擴展度增加，且擴展度的經時損失均小于不摻塑料顆粒的情況。而且摻入塑料顆粒后，自密實混凝土通過間隙通過能力增加；但對混凝土的抗輕骨料離析性能影響不明顯。本文得到的新型混凝土可用于實際工程中，且該混凝土體現了環保、輕質、方便施工三大特點，將具有十分重要的應用價值。
參考文獻：
[1] 黃海濱. 再生塑料改性混凝土力學性能試驗研究及數值模擬[D]. 廣東工業大學, 2010.
