再生輕質混凝土新型復合材料綜合性能研究

黃小琴 陳圣寧 蔣必鳳 黃琴

摘要：以水泥和建筑垃圾再生骨料為基體相，以聚丙烯顆粒為增強相，制備再生輕質混凝土新型復合材料，分析不同聚丙烯配比下該材料的綜合性能，結果表明：聚丙烯顆粒的配比越高，再生輕質混凝土新拌漿體的流動性越大、表觀密度越小、強度越低、吸水率先降后升，可以在輕質墻體材料方面有一定的運用價值和前景。

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.

關鍵詞：再生骨料;塑料顆粒;再生混凝土;力學性能

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

中圖分類號：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）09-0158-03

0? 引言

在新項目建設過程中產生的固體廢棄物統稱建筑垃圾，其主要包括混凝土塊、磚塊、砂漿渣土及瓷磚、玻璃、塑料等。建筑垃圾具有非常大的潛在利用價值和社會效益，建筑垃圾中廢棄的碎石、砂、碎磚塊都可以回收利用，成為制備再生混凝土的原材料。美國、日本、韓國等國和歐洲發達國家對廢棄混凝土的再利用研究主要集中在對再生骨料和再生混凝土基本性能的研究。隨著我國建筑節能政策的推行，節能型建筑材料的研究正在進行，陳瑩[1]等系統研究了再生骨料基本性質及其對混凝土性能的影響。楊偉軍[2]等研究利用建筑垃圾中的廢棄混凝土和廢棄磚制備再生骨料。王武祥[3]利用建筑垃圾骨料制備的單排孔標準砌塊基本能滿足普通混凝土的性能要求。采用建筑垃圾制備再生粗骨料與細骨料，與聚丙烯顆粒混合，制備再生輕質混凝土新型復合材料，研究該材料的綜合性能，探討工程運用前景。

1? 試樣制備

采用潤豐水泥出廠的復合硅酸鹽水泥PC32.5R、中國石油化工股份有限公司出廠的聚丙烯（PP）塑料顆粒，直徑為5mm的短圓柱體，長度為5mm，黑色，密度為580kg/m3。采用三亞市海螺棚戶改造區拆遷項目現場收集的建筑垃圾骨料，經過篩分獲取再生粗骨料與細骨料，制備再生輕質混凝土新型復合材料，基體配合比不變，水泥∶砂∶石∶水 =1∶2∶3∶0.8，設置聚丙烯顆粒的配比為變量，分別為0.125、0.25、0.5、1，相應試樣編號為1、2、3、4。對新拌再生輕質混凝土的和易性以及硬化后再生輕質混凝土的密度、吸水率和抗壓強度進行測試分析。

2? 材料的性能分析

2.1 聚丙烯配比對再生輕質混凝土新拌漿體和易性影響分析

測得不同聚丙烯配比的再生輕質混凝土新拌漿體的流動性指標如圖1所示。

對不同聚丙烯配比的再生輕質混凝土新拌漿體進行混凝土坍落度實驗，測量新拌漿體的粘聚性、保水性和流動性。從圖1中可看出，聚丙烯的配比越高，再生輕質混凝土新拌漿體的流動性越大，呈現指數增長關系，表明聚丙烯顆粒的加入對再生輕質混凝土新型復合材料新拌漿體的流動性影響較大。這是因為聚丙烯顆粒表面光滑、不吸水，并且不與水泥或骨料微粉發生水化反應，故加入聚丙烯顆粒不消耗拌合水，提高新拌再生輕質混凝土漿體流動性;另一方面，聚丙烯顆粒為短柱體，表面光滑，在漿體中起到滾珠的潤滑作用，也提高新拌漿體的流動性。從實驗中觀察到，再生輕質混凝土新拌漿體的保水性和粘聚性均較好，新拌再生混凝土漿體沒有出現分層、離析或者泌水的現象，工作性能良好。采用建筑垃圾制備的粗細骨料拌合的再生混凝土，滿足施工和易性要求的水灰比達到0.8，遠遠高于普通混凝土，這是由于再生骨料中微粉的較多，覆蓋在骨料表面，吸水性大，另外，再生骨料經過破碎得來，骨料顆粒表面和內部裂紋較多，形成孔隙，導致吸水率也增大。

2.2 聚丙烯配比對再生輕質混凝土表觀密度的影響分析

測得不同聚丙烯配比的再生輕質混凝土新型復合材料的表觀密度如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著聚丙烯配比的增加，再生輕質混凝土新型復合材料表觀密度不斷下降。這是因為聚丙烯顆粒的密度遠遠低于再生砂和再生石料的密度，密度低的聚丙烯顆粒加入到再生混凝土基體中勢必會降低復合材料的整體表觀密度;另一方面，聚丙烯顆粒加入再生混凝土中，在混凝土基體中引入不同的相，水泥漿不能潤濕聚丙烯顆粒表面，微觀界面處形成孔隙，降低再生輕質混凝土新型復合材料整體的表觀密度。可以通過控制聚丙烯顆粒在再生混凝土中的含量來控制再生混凝土的表觀密度，制備輕質再生混凝土。

2.3 聚丙烯配比對再生輕質混凝土吸水性的影響分析

測得不同聚丙烯配比的再生輕質混凝土新型復合材料的吸水性如圖3所示。

從圖3中可以看出，當沒有添加聚丙烯顆粒時，再生混凝土試樣的吸水率為6.23%，加入聚丙烯顆粒后，再生輕質混凝土新型復合材料的吸水率先下降，后呈上升趨勢。聚丙烯顆粒的特點是密度小，不吸水，在配合比是質量比的條件下加入聚丙烯顆粒會產生巨大的體積效應，導致材料吸水率出現先降后增的原因是：一方面，聚丙烯顆粒為塑料顆粒，本身不吸水，可以認為其吸水率為零，加入聚丙烯顆粒占據混凝土基體體積，再生混凝土新型復合材料整體吸水性下降;另一方面，聚丙烯顆粒與再生混凝土新拌漿體潤濕性不強，漿體硬化后，在微觀層次下，聚丙烯顆粒表面與再生混凝土基體間的界面出現較多松散孔隙，聚丙烯顆粒增強再生混凝土新型復合材料的孔隙率增大，材料的吸水性增強。從圖3中可以看出，當聚丙烯顆粒添加量較少時，再生混凝土的吸水率降低，這是因為聚丙烯顆粒占據再生混凝土基體體積，本身又不吸水，這一影響因素起到主導作用，表現為聚丙烯顆粒增強再生輕質混凝土新型復合材料的吸水率下降;當繼續增大聚丙烯顆粒的添加量，聚丙烯顆粒增強再生混凝土新型復合材料的吸水率繼續上升，這是因為加入聚丙烯顆粒后在再生混凝土基體中引入的界面較多，產生的孔隙率較大，這一因素起到控制作用，聚丙烯顆粒增強再生混凝土新型復合材料吸水率上升，甚至比不添加聚丙烯顆粒的再生混凝土的吸水率還高出許多。

2.4 聚丙烯配比對再生輕質混凝土抗壓強度的影響分析

測得不同聚丙烯配比的再生輕質混凝土新型復合材料的抗壓強度如圖4所示。

從圖4中可以看出，隨著聚丙烯配比的增加，再生混凝土的抗壓強度呈明顯的下降趨勢，表明聚丙烯顆粒的加入會對再生輕質混凝土的強度產生不良的影響，使得再生混凝土的強度性質明顯降低。從聚丙烯顆粒增強再生輕質混凝土抗壓試樣的斷截面看，聚丙烯塑料顆粒可以均勻分布在再生混凝土基體中，獲得成分較為均勻的聚丙烯顆粒增強再生輕質混凝土新型復合材料。但是對于復合材料來說，增強相的加入必然會破壞基體相的成分和結構連續性，當增強相的強度低于基體相時，通常增強相的加入會導致復合材料整體的強度下降，聚丙烯顆粒增強再生輕質混凝土新型復合材料的強度隨聚丙烯顆粒配比的增加而下降就屬于這一種情況，這是因為聚丙烯顆粒的加入破壞了基體的連續性以及聚丙烯顆粒本身的抗壓強度較低導致的，并且這種強度降低現象會隨著聚丙烯顆粒添加量的繼續增多而更加明顯。故再生輕質混凝土新型復合材料不應用于承重構件，而可以在輕質墻體材料方面有一定的運用前景和價值。

3? 結論

采用建筑垃圾制備的粗細骨料配置的再生混凝土，滿足和易性要求的水灰比達到0.8，遠遠高于普通混凝土;聚丙烯顆粒不消耗拌合水且表面光滑，故聚丙烯的配比越高，再生輕質混凝土新型復合材料新拌漿體的流動性越大;聚丙烯顆粒的密度低且與再生混凝土基體相不潤濕而形成界面孔隙，故隨著聚丙烯配比的增加，再生輕質混凝土新型復合材料表觀密度不斷下降。加入聚丙烯顆粒后，再生輕質混凝土新型復合材料的吸水率先下降，后呈上升趨勢;隨著聚丙烯配比的增加，再生混凝土的抗壓強度呈明顯的下降趨勢，表明聚丙烯顆粒的加入會對再生混凝土的強度產生不良的影響，使得再生混凝土的強度性質明顯降低，故再生輕質混凝土新型復合材料不應用于承重構件，在輕質墻體材料方面有一定的運用前景和價值。

參考文獻：

[1]陳瑩，嚴捍東，林建華，等.再生骨料基本性質及對混凝土性能影響的研究[J].再生資源研究，2003（6）：34-37.

[2]楊偉軍，李鵬飛，梁建國.再生混凝土多孔磚用再生骨料基本性能試驗研究[J].新型建筑材料，2011，38（3）：15-19.

[3]王武祥，廖禮平，王愛軍，等.建筑廢棄物再生原料生產混凝土砌塊的技術研究[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010（4）：4-8.

課題項目：國家級大學生創新訓練項目：建筑垃圾制備再生輕質混凝土新型復合材料研究（201813892028）。

作者簡介：黃小琴（1987-），女，廣東汕頭人，講師，碩士研究生，研究方向為新型建筑材料。