不同再生塑料取代率对混凝土力学性能的影响研究.docx

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1、不同再生塑料取代率对混凝土力学性能的影响研究摘要：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，对改性混凝土试件进行立方体抗压强度、棱柱体抗压强度试验，研究了再生PP粉末不同掺量对混凝土力学性能的影响。结果表明关键词：再生塑料粉；聚丙烯；取代率；改性混凝土；抗压强度中图分类号：TU375.1文献标识码：A文章编号：StudyonMechanica1PropertiesofRecyc1edConcreteStee1MembersafterFireAbstract:sandthKeywords:Recyc1edaggregateConcrete;Fire;Bondingperfor

2、mance;Axia1compressionperformance;Mass1oss1引言随着社会的发展，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山，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

3、混凝土制成塑料混凝土，它是一种绿色混凝土。在混凝土中怪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%以后抗压强度下降幅度超过50%,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%）,对塑料混凝士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。混凝土的立方体抗压强度是最基础性的强度重要指标。混凝土的各种力学性能与强度密不可分。水泥强度、水

4、灰比和骨料质量等都是混凝土强度的影响因素，而且混凝土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。2试睑设计2.1试件原材料水泥(C)：普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5R。粗骨料：市售天然石子，粒径为530mm,连续配级。细骨料：市售天然河沙，连续配级，表观密度2.65gc细度模数2.7,中砂。再生聚丙烯粉末：聚丙烯塑料粉，粒径24mm,相对密度0.890.94g/Cm3。再生橡胶颗粒：废旧轮胎橡胶微粒，粒度为20目。水：满足国家标

5、准的自来水。试验配合比设计参考普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2011)网中的配合比设计方法，配制混凝土强度等级为C30o试验通过以再生聚丙烯粉末、再生橡胶颗粒等质量取代细骨料的方式加入混凝土中，配制再生塑料混凝土。其中，再生塑料的掺量分别为0%,10%,20%,30%、40%、50%,立方体试件(尺寸15OmmX150mmx150mm)和棱柱体试件(150mm150mm300mm)均为共11组，每组3个试件。其中，RO为基准组，再生塑料掺量为0%,RPP代表掺再生聚丙烯的混凝土，RR代表掺再生橡胶的混凝土。试验配合比见表Io表1试验配合比试件编号水灰比再生塑料取代率(%)材料用量/(k

6、gm*)水泥粗骨料细骨料再生塑料水RO0.4050012554450200RPP1O0.4105001255400.544.5200RPP200.420500125535689200RPP300.4305001255311.5133.5200RPP400.4405001255267178200RPP500.4505001255222.5222.5200RR1O0.4105001255400.544.5200RR200.420500125535689200RR300.4305001255311.5133.5200RR400.4405001255267178200RR500.45050012552

7、22.5222.52002.2试验方法试验在搅拌机中依次放入按配合比称量好的粗骨料、细骨料及再生塑料，加入的塑料需均匀分布，最后再加水泥，边加水边搅拌，搅拌均匀后，入模振动成型，覆膜养护24h后拆模放入标准养护室进行养护，待满28d后取出测试其强度。按照普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)1则测试再生塑料混凝土28d的立方体抗压强度fcg棱柱体抗压强度嬴。抗压强度试验加载速度为0.30.4Mpas3结果与讨论3.1 再生塑料混凝土立方体抗压强度经试验观察，当RPP及RR试件的取代率在10%、20%时，其抗压立方体混凝土试件的受压裂纹形态与RO混凝土试件大致相同，立方体

8、试件破坏时没有明显差异，均表现出受压时混凝土脆性脱落现象，试件从开裂到破坏均能承受一定时间的荷载。比较Ro试件、RPP50、RR50试件的受压形态可以明显看出，RO试件在发生破坏时能听到清脆的响声，而且有明显的剥落现象,临近破坏时出现较宽的裂缝,而RPP取代率由30%50%与RR取代率由3O%-5O%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。这主要是由于RPP塑料及RR塑料颗粒等质量取代砂后使混凝土本身具有一定的弹性，在加载过程中能持续积攒能量，但由于水泥基材料的脆性以及粘结强度与抗压强度比较薄弱，使再生塑料混凝土在加载过程中积蓄的能量提前释放出来，混

9、凝土内部的再生塑料颗粒能量一边积蓄一边释放，从而表现出一定的延性特征，在受压过程中。试件的立方体抗压强度见表2o从表中可以看出，立方体的抗压强度随着再生塑料的颗粒掺量的增加而逐渐减小，降低速率逐渐增加。立方体抗压强度试验表格2试件编号再生塑料取代率立方体抗压强度(MPa)RO0%34.7RPP1O10%30.5RPP2020%25.6RPP3030%21.1RPP4040%19.6RPP5050%16.6RR1O10%30.1RR2020%23.4RR3030%20.8RR4040%18.3RR5050%15.4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

10、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面过滤区，混凝土材料抗拉强度低的根本原因就是这个薄弱区域的存在。本试验所用再生再生塑料颗粒表面较光滑，当再生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水泥石的强度，再生塑料粉的存在使水泥水化作用不能完全反应，从而导致了混凝土强度的降低；并且塑料惨量越高，塑料颗粒与水泥浆基体之间的薄弱界面区也越多，因此混凝土强度也下降的更多。在普通混凝土中等体积

11、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。3.2 再生塑料混凝土棱柱体抗压强度对于棱柱体试件，再生塑料的加入，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：再生塑料取代细骨料

12、时，可以提高混凝土的延性。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。试件的棱柱体方体抗压强度见表3棱柱体抗压强度试验表格3试件编号再生塑料取代率棱柱体抗压强度(MPa)立方体抗压强度(MPa)棱柱体抗压强度/立方体抗压强度RPPO0%31.934.70.92RPP1O10%25.930.50.85RPP2020%20.425.60.80RPP3030%15.921.10.75RPP4040%13.619.60.69RPP5050%11.316.60.68RR1O10%24.330.10.81RR2020%18.423.40.7

13、8RR3030%15.920.80.76RR4040%12.918.30.70RR5050%10.816.40.6675%w%3u%3Ti%5055Rep1ace(edWbPJ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0.70-0.80。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0.92,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

14、近。由图22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。4结论(i)抗压试验时，再生塑料混凝土试件达到极限荷载后出现更多的裂缝。塑料取代率的提高，破坏后橡胶混凝土的外层混凝土出现分离，但是剥落不明显，没有出现基准混凝土破坏后的呈正倒相连的四角锥。塑料的掺入，的确可以提高再生混凝土的延性。(2)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