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再生轻质混凝土新型复合材料综合性能研究

范文

黄小琴陈圣宁蒋必凤黄琴

摘要：以水泥和建筑垃圾再生骨料为基体相，以聚丙烯颗粒为增强相，制备再生轻质混凝土新型复合材料，分析不同聚丙烯配比下该材料的综合性能，结果表明：聚丙烯颗粒的配比越高，再生轻质混凝土新拌浆体的流动性越大、表观密度越小、强度越低、吸水率先降后升，可以在轻质墙体材料方面有一定的运用价值和前景。

Abstract： A new composite material of recycled lightweight concrete was prepared by using cement and construction waste recycled aggregate as the matrix phase and polypropylene particles as the reinforcing phase to analyze the comprehensive properties of the material under different polypropylene ratios. The results show that the higher the proportion of polypropylene particles， the greater the fluidity of the recycled lightweight concrete， the smaller the apparent density， the lower the strength， and the water absorption rate first decreases and then rises， which can be used in light wall materials.

關键词：再生骨料;塑料颗粒;再生混凝土;力学性能

Key words： recycled aggregate;plastic particles;recycled concrete;mechanical properties

中图分类号：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）09-0158-03

0? 引言

在新项目建设过程中产生的固体废弃物统称建筑垃圾，其主要包括混凝土块、砖块、砂浆渣土及瓷砖、玻璃、塑料等。建筑垃圾具有非常大的潜在利用价值和社会效益，建筑垃圾中废弃的碎石、砂、碎砖块都可以回收利用，成为制备再生混凝土的原材料。美国、日本、韩国等国和欧洲发达国家对废弃混凝土的再利用研究主要集中在对再生骨料和再生混凝土基本性能的研究。随着我国建筑节能政策的推行，节能型建筑材料的研究正在进行，陈莹[1]等系统研究了再生骨料基本性质及其对混凝土性能的影响。杨伟军[2]等研究利用建筑垃圾中的废弃混凝土和废弃砖制备再生骨料。王武祥[3]利用建筑垃圾骨料制备的单排孔标准砌块基本能满足普通混凝土的性能要求。采用建筑垃圾制备再生粗骨料与细骨料，与聚丙烯颗粒混合，制备再生轻质混凝土新型复合材料，研究该材料的综合性能，探讨工程运用前景。

1? 试样制备

采用润丰水泥出厂的复合硅酸盐水泥PC32.5R、中国石油化工股份有限公司出厂的聚丙烯（PP）塑料颗粒，直径为5mm的短圆柱体，长度为5mm，黑色，密度为580kg/m3。采用三亚市海螺棚户改造区拆迁项目现场收集的建筑垃圾骨料，经过筛分获取再生粗骨料与细骨料，制备再生轻质混凝土新型复合材料，基体配合比不变，水泥∶砂∶石∶水 =1∶2∶3∶0.8，设置聚丙烯颗粒的配比为变量，分别为0.125、0.25、0.5、1，相应试样编号为1、2、3、4。对新拌再生轻质混凝土的和易性以及硬化后再生轻质混凝土的密度、吸水率和抗压强度进行测试分析。

2? 材料的性能分析

2.1 聚丙烯配比对再生轻质混凝土新拌浆体和易性影响分析

测得不同聚丙烯配比的再生轻质混凝土新拌浆体的流动性指标如图1所示。

对不同聚丙烯配比的再生轻质混凝土新拌浆体进行混凝土坍落度实验，测量新拌浆体的粘聚性、保水性和流动性。从图1中可看出，聚丙烯的配比越高，再生轻质混凝土新拌浆体的流动性越大，呈现指数增长关系，表明聚丙烯颗粒的加入对再生轻质混凝土新型复合材料新拌浆体的流动性影响较大。这是因为聚丙烯颗粒表面光滑、不吸水，并且不与水泥或骨料微粉发生水化反应，故加入聚丙烯颗粒不消耗拌合水，提高新拌再生轻质混凝土浆体流动性;另一方面，聚丙烯颗粒为短柱体，表面光滑，在浆体中起到滚珠的润滑作用，也提高新拌浆体的流动性。从实验中观察到，再生轻质混凝土新拌浆体的保水性和粘聚性均较好，新拌再生混凝土浆体没有出现分层、离析或者泌水的现象，工作性能良好。采用建筑垃圾制备的粗细骨料拌合的再生混凝土，满足施工和易性要求的水灰比达到0.8，远远高于普通混凝土，这是由于再生骨料中微粉的较多，覆盖在骨料表面，吸水性大，另外，再生骨料经过破碎得来，骨料颗粒表面和内部裂纹较多，形成孔隙，导致吸水率也增大。

2.2 聚丙烯配比对再生轻质混凝土表观密度的影响分析

测得不同聚丙烯配比的再生轻质混凝土新型复合材料的表观密度如图2所示。

从图2中可以看出，随着聚丙烯配比的增加，再生轻质混凝土新型复合材料表观密度不断下降。这是因为聚丙烯颗粒的密度远远低于再生砂和再生石料的密度，密度低的聚丙烯颗粒加入到再生混凝土基体中势必会降低复合材料的整体表观密度;另一方面，聚丙烯颗粒加入再生混凝土中，在混凝土基体中引入不同的相，水泥浆不能润湿聚丙烯颗粒表面，微观界面处形成孔隙，降低再生轻质混凝土新型复合材料整体的表观密度。可以通过控制聚丙烯颗粒在再生混凝土中的含量来控制再生混凝土的表观密度，制备轻质再生混凝土。

2.3 聚丙烯配比对再生轻质混凝土吸水性的影响分析

测得不同聚丙烯配比的再生轻质混凝土新型复合材料的吸水性如图3所示。

从图3中可以看出，当没有添加聚丙烯颗粒时，再生混凝土试样的吸水率为6.23%，加入聚丙烯颗粒后，再生轻质混凝土新型复合材料的吸水率先下降，后呈上升趋势。聚丙烯颗粒的特点是密度小，不吸水，在配合比是质量比的条件下加入聚丙烯颗粒会产生巨大的体积效应，导致材料吸水率出现先降后增的原因是：一方面，聚丙烯颗粒为塑料颗粒，本身不吸水，可以认为其吸水率为零，加入聚丙烯颗粒占据混凝土基体体积，再生混凝土新型复合材料整体吸水性下降;另一方面，聚丙烯颗粒与再生混凝土新拌浆体润湿性不强，浆体硬化后，在微观层次下，聚丙烯颗粒表面与再生混凝土基体间的界面出现较多松散孔隙，聚丙烯颗粒增强再生混凝土新型复合材料的孔隙率增大，材料的吸水性增强。从图3中可以看出，当聚丙烯颗粒添加量较少时，再生混凝土的吸水率降低，這是因为聚丙烯颗粒占据再生混凝土基体体积，本身又不吸水，这一影响因素起到主导作用，表现为聚丙烯颗粒增强再生轻质混凝土新型复合材料的吸水率下降;当继续增大聚丙烯颗粒的添加量，聚丙烯颗粒增强再生混凝土新型复合材料的吸水率继续上升，这是因为加入聚丙烯颗粒后在再生混凝土基体中引入的界面较多，产生的孔隙率较大，这一因素起到控制作用，聚丙烯颗粒增强再生混凝土新型复合材料吸水率上升，甚至比不添加聚丙烯颗粒的再生混凝土的吸水率还高出许多。

2.4 聚丙烯配比对再生轻质混凝土抗压强度的影响分析

测得不同聚丙烯配比的再生轻质混凝土新型复合材料的抗压强度如图4所示。

从图4中可以看出，随着聚丙烯配比的增加，再生混凝土的抗压强度呈明显的下降趋势，表明聚丙烯颗粒的加入会对再生轻质混凝土的强度产生不良的影响，使得再生混凝土的强度性质明显降低。从聚丙烯颗粒增强再生轻质混凝土抗压试样的断截面看，聚丙烯塑料颗粒可以均匀分布在再生混凝土基体中，获得成分较为均匀的聚丙烯颗粒增强再生轻质混凝土新型复合材料。但是对于复合材料来说，增强相的加入必然会破坏基体相的成分和结构连续性，当增强相的强度低于基体相时，通常增强相的加入会导致复合材料整体的强度下降，聚丙烯颗粒增强再生轻质混凝土新型复合材料的强度随聚丙烯颗粒配比的增加而下降就属于这一种情况，这是因为聚丙烯颗粒的加入破坏了基体的连续性以及聚丙烯颗粒本身的抗压强度较低导致的，并且这种强度降低现象会随着聚丙烯颗粒添加量的继续增多而更加明显。故再生轻质混凝土新型复合材料不应用于承重构件，而可以在轻质墙体材料方面有一定的运用前景和价值。

3? 结论

采用建筑垃圾制备的粗细骨料配置的再生混凝土，满足和易性要求的水灰比达到0.8，远远高于普通混凝土;聚丙烯颗粒不消耗拌合水且表面光滑，故聚丙烯的配比越高，再生轻质混凝土新型复合材料新拌浆体的流动性越大;聚丙烯颗粒的密度低且与再生混凝土基体相不润湿而形成界面孔隙，故随着聚丙烯配比的增加，再生轻质混凝土新型复合材料表观密度不断下降。加入聚丙烯颗粒后，再生轻质混凝土新型复合材料的吸水率先下降，后呈上升趋势;随着聚丙烯配比的增加，再生混凝土的抗压强度呈明显的下降趋势，表明聚丙烯颗粒的加入会对再生混凝土的强度产生不良的影响，使得再生混凝土的强度性质明显降低，故再生轻质混凝土新型复合材料不应用于承重构件，在轻质墙体材料方面有一定的运用前景和价值。

参考文献：

[1]陈莹，严捍东，林建华，等.再生骨料基本性质及对混凝土性能影响的研究[J].再生资源研究，2003（6）：34-37.

[2]杨伟军，李鹏飞，梁建国.再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究[J].新型建筑材料，2011，38（3）：15-19.

[3]王武祥，廖礼平，王爱军，等.建筑废弃物再生原料生产混凝土砌块的技术研究[J].建筑砌块与砌块建筑，2010（4）：4-8.

课题项目：国家级大学生创新训练项目：建筑垃圾制备再生轻质混凝土新型复合材料研究（201813892028）。

作者简介：黄小琴（1987-），女，广东汕头人，讲师，硕士研究生，研究方向为新型建筑材料。

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