廢舊復合材料井蓋研究與應用

馬興遨　黃丹丹　焦曉磊

【摘? ? 要】： 針對鑄鐵井蓋易丟失，而廢舊復合材料井蓋還沒有形成大規模工廠化生產的問題，采用廢塑料、粉煤灰和垃圾爐渣為主材，加以增強劑、增塑劑、熱穩定劑等，經高溫、高壓、捏煉、靜壓、冷卻成型等工藝加工制成廢舊復合材料井蓋，對其抗壓強度、承載能力、抗凍融性能、耐酸堿性能及抗老化性能等技術性能進行試驗研究。結果表明：廢舊復合材料井蓋其承載能力和技術性能能夠滿足路用要求，生產工藝簡便，生產周期短，生產成本低。

【關鍵詞】： 道路工程；井蓋；廢舊復合材料

【中圖分類號】：TU990.3【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）05-14-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.004

Research and Application of Waste Composite Manhole Cover

MA Xingao， HUANG Dandan， JIAO Xiaolei

（1. Tianjin Yuansheng Longchang Construction Co. Ltd.， Tianjin 300353， China； 2. Tianjin Guoteng Highway Consulting and Supervision Co. Ltd. ， Tianjin 300210， China；3. Tianjin Highway Development Service Center， Tianjin 300170， China）

【Abstract】：Aiming at the problem that cast iron manhole covers are easy to lose， large-scale factory production of waste composite manhole covers has not yet formed， this paper uses waste plastics， fly ash and garbage slag as the main materials， and addsreinforcers， plasticizers， heat stabilizers， etc， to process waste composite manhole covers through high temperature， high pressure， kneading， static pressure， cooling molding and other processes. Its compressive strength， bearing capacity， freeze-thaw resistance， acid and alkali resistance， aging resistance and other technical properties are tested and studied. The test results show that the bearing capacity and technical performance of the waste composite manhole cover can meet the demand， the production process is simple， the production cycle is short， the production cost is low.

【Key words】：road engineering; well cover;waste composite materials

檢查井蓋95％以上為鑄鐵井蓋[1～3]；鑄鐵井蓋經常丟失， 極大影響了公路的安全性、舒適性 [4～6]。使用由廢舊材料加工的復合材料井蓋能從根本上解決檢查井蓋丟失問題；但是，廢舊復合材料井蓋還沒有形成大規模工廠化生產，沒有進行過系統的技術性能研究，沒有形成完善的質量控制標準。

針對以上問題，本文以廢塑料、粉煤灰和垃圾爐渣為主材，加以增強劑、增塑劑、熱穩定劑等，經高溫、高壓、捏煉、靜壓、冷卻成型，制成不同規格、不同顏色的井蓋、井箅等并對其抗壓強度、承載能力、抗凍融性能、耐酸堿性能及抗老化性能等技術性能進行試驗研究，評價其應用效果。

1 原材料

1.1 廢塑料

選用主要成分是聚乙烯材質的廢塑料，無有毒物質和放射性物質，符合環保要求。廢塑料外觀顏色不影響其使用效果，使用前無需特殊處理，只通過漂洗晾干，篩除生產時摻加的土粒即可。

1.2 粉煤灰

大港電廠生產的粉煤灰，外觀呈灰色粉末狀，松方密度約為0.85 g/cm3，，依據GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》檢測其技術指標，屬于II級粉煤灰。見表1。

1.3 垃圾爐渣

試驗用垃圾爐渣取自雙港垃圾發電廠，呈松散粉末狀，天然含水量約為8%，松方密度為0.98 g/cm3。垃圾爐渣顆粒粒徑較粗，需要對垃圾爐渣進行篩分，取0.6 mm篩孔以下的部分用于井蓋生產。

垃圾爐渣與粉煤灰成分相似，因此擬采用摻加粉煤灰和摻加垃圾爐渣兩種試驗方案試制井蓋。見表2。

2 生產設計

2.1 各種材料的最佳配比

1）將備好的廢塑料和粉煤灰、垃圾爐渣分別稱重，按照廢塑料、粉煤灰質量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和廢塑料、垃圾爐渣質量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1混合均勻，不同比例摻量的材料試驗結果見表3。

廢塑料、粉煤灰按照2∶1、3∶1的比例混合后，因粉煤灰多，廢舊復合材料不能成型，按照5∶1的比例則彈性過大，最終選定廢塑料和粉煤灰質量比為4∶1。同法，確定廢塑料和垃圾爐渣的質量比為3∶1。

2）按照0.5%、1%、1.5%、2%4種質量比來確定復合樹脂增強劑的最佳摻加量，不同摻量增強劑的試驗結果見表4。

增強劑加入量少，廢舊復合材料剛度不足，彈性大；加入量大，則剛度過大，材料脆性大，最終確定增強劑的摻加量為1%。

2.2 生產溫度

1）確定初步加熱溫度。選取120、140、160、180、200 ℃5個不同溫度進行加熱分析比較，最終確定初步加熱溫度為150～160 ℃。

2）確定捏練溫度。選取160、180、200 ℃3個不同溫度進行加熱捏練分析比較，最終確定捏練溫度為180 ℃。

3）確定捏練時間。選用10、20、30、40 min4個不同時間進行加熱捏練分析比較，最終確定捏練時間為20 min。

3 生產工藝

3.1 原材料準備

把按照GB/T 1596—2017要求檢測合格的粉煤灰和垃圾爐渣分別堆放在帶罩棚的倉庫內，以方便取用。

3.2 配料

將備好的廢塑料和粉煤灰或垃圾爐渣分別稱重，按照廢塑料和粉煤灰質量比4∶1、廢塑料和垃圾爐渣質量比3∶1的比例混合均勻，人工拌和。

3.3 混合加溫

用加溫轉爐將廢塑料加熱至150～160 ℃。加溫轉爐主體為直徑約1 m、長約3 m的圓柱形鐵桶，使用煤炭加熱，將配好的原材料約100 kg加入轉爐中加熱30 min左右，溫度達到要求后把混合料取出，其外觀為黑色松散狀混合物。

3.4 高溫捏練

將加熱后的混合料添加到捏練機中，加入1%的復合樹脂增強劑，在成型機中加熱至180 ℃±5 ℃，攪拌10～20 min。捏練好的混合料呈黑色塑性膏體狀，密度為1.25 g/cm3。見圖1。

3.5 分割稱重

按井蓋所需的材料質量稱取拌和好的混合料，放入成型機中，加壓成型穩定1 h，通過循環冷卻到常溫后脫模。

分割稱重時，根據不同的型號井蓋、井箅稱取，井箅稱取質量為37 kg，井蓋稱取重量為110 kg。

3.6 成型

根據使用部位和使用功能的不同，在高溫捏練時加入不同顏色的礦物顏料，可以制成不同尺寸、不同顏色的井蓋、井箅、樹穴、防眩板等。

3.7 成品檢測

井蓋成型后，根據CJ/T 121—2000《再生樹脂復合材料檢查井蓋》標準進行外觀檢測和技術性能檢測，滿足要求后方可出廠。

4 技術性能研究

對兩種混合料制成的井蓋進行材料抗壓性能、承載能力、耐酸堿性能、抗老化性能和凍融循環試驗，驗證其技術性能[5]。

4.1 抗壓強度

用鉆芯機在制作好的井蓋上鉆芯取樣，制成直徑10 cm、高10 cm的試件，每3個試件為一組，取平均值。見表5和表6。

表5 粉煤灰復合材料井蓋抗壓強度試驗結果

采用粉煤灰復合材料和垃圾爐渣復合材料抗壓強度相差不大，抗壓強度介于鑄鐵材料和混凝土材料之間，可以作為主材制作井蓋。見表7。

4.2 承載能力

承載能力是反映井蓋承載強度的重要指標，通過對成套檢查井蓋進行加載試驗，測量井蓋的變形量來確定其承載能力。見表8。

采用粉煤灰和垃圾爐渣的廢舊復合材料井蓋承載能力介于鑄鐵井蓋和混凝土井蓋之間，符合CJ/T 121—2000要求。見表9。

4.3 耐酸堿性

耐酸堿試驗檢測廢舊復合材料抗腐蝕的能力。取同一批次的井蓋，用鉆芯機在制作好的井蓋上鉆芯取樣，制成直徑10 cm、高10 cm的試件，每6個試件為一組，計算浸泡后試件與浸泡前試件的抗壓強度損失。試驗結果顯示，采用粉煤灰和采用垃圾爐渣的廢舊復合材料浸泡后抗壓強度損失不大，其耐酸堿性能均滿足路用要求。

4.4 抗老化性能

采用熱老化試驗方法，制成40 mm×40 mm×160 mm試件，每6塊為一組，取其中3塊檢驗其抗折強度，把其余3塊置于80 ℃±2 ℃的烘箱中養護7 d，在室溫下冷卻24 h后，檢測抗折強度，試驗結果以試件抗折強度相對變化率表示。結果顯示，采用粉煤灰和垃圾爐渣復合材料熱老化后抗折強度損失很小，對井蓋路用性能影響不大。

4.5 凍融試驗

參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》，制取10 cm×10 cm×10 cm的試件，每6塊為一組，取其中3塊檢測抗壓強度，其余3塊放置在-20 ℃±2 ℃低溫試驗箱中凍融循環25次，檢測抗壓強度，試驗結果以凍融抗壓強度損失率表示。結果顯示，兩種廢舊復合材料凍融循環試驗結果相差不大，均能滿足路用性能要求。

5 經濟性

根據市場調研結果，對復合材料、鑄鐵、混凝土3種材質的井蓋價格進行分析。見表10。

井蓋價格隨規格不同而不同，總的來說，鑄鐵井蓋價格最高，混凝土井蓋價格最低，采用粉煤灰和垃圾爐渣的廢舊復合材料井蓋價格介于鑄鐵井蓋和混凝土井蓋之間，具有很好的經濟性。

6 結論

1）采用廢塑料、粉煤灰或垃圾爐渣制成廢舊復合材料井蓋其承載能力和技術性能能夠滿足路用要求，而且能夠有效防止井蓋被盜現象。

2）廢舊復合材料井蓋生產工藝簡便、生產周期短，能夠減少能源消耗，其造價介于混凝土和鑄鐵材料井蓋之間，具有很好的經濟性。

參考文獻：

[1]JC 889—2001，鋼纖維混凝土檢查井蓋[S]．

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[6]陳夢月.基于智能化的井蓋快速檢測及路框差評定技術研究[J].廣東土木與建筑，2022，29（9）：4-8.