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再生聚丙烯与再生建筑垃圾骨料混凝土力学性能研究摘要：为了研究再生粗骨料和再生聚丙烯细骨料对混凝土的影响，本文通过改变再生粗骨料（50%、100%）、再生聚丙烯细骨料取代率（5%、10%、15%）,对再生混凝土的破坏形态、立方体抗压强度、棱柱体抗压强度以及劈裂抗拉强度进行实验对比分析，并结合试验数据分析，建立了再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度的换算关系。试验结果表明：再生粗骨料和细骨料取代率对上述各性能指标均有一定影响，但程度不同。再生聚丙烯细骨料混凝土的各种强度较普通混凝土低,再生混凝土各种强度指标之间的换算关系与普通混凝土不同。关键词：再生聚丙烯；再生粗骨料；混凝土；指标关系；强度中图分类号：TU375.1文献标识码：A文章编号：StudyonMeAbstract:saKeywords:Recycledaggr1引言随着社会的日新月异，汽车工业迅猛发展，世界废旧轮胎积存量已达3X109条，并以每年约1×IO9条令人惊诧的数字增长,大量废旧聚丙烯出现带来了严峻的环境问题。废旧轮胎的回收再利用成为各个国家急需解决的难题。大部分废旧聚丙烯只能成为工业垃圾，造成了黑色污染。如何处理日益增加的废旧聚丙烯,已成为一个全球共同关注的焦点。传统处理方法只能填埋和焚烧，还是会造成环境的污染。认真妥善处理好废旧聚丙烯，对改善人民的生存环境具有极为深远的积极意义和现实意义。目前,作为废旧轮胎的回收再利用的有效途径之一就是将废旧的聚丙烯轮胎及其它聚丙烯制品破碎成具有一定形状和粒径的颗粒的再生聚丙烯微粒,将废聚丙烯（颗粒）掺入到普通混凝土中制成聚丙烯混凝土。在混凝土中掺加聚丙烯粉可以改善混凝土的延性，有利于结构抗震，同时聚丙烯混凝土具有轻质、隔音及较好的耐久性，可以应用于房屋建筑。建筑工业的飞速发展，导致大量的废旧混凝土建筑物被拆除，大量的废弃混凝土随之产生。目前,我国每年因旧建筑物拆除而产生的废弃混凝土约为1360万t,将这些废弃混凝土块经过加工、破碎、分级后，按一定的比例和级配混合形成再生骨料，取代部分或全部天然骨料（主要是粗骨料）配制而成的混凝土称为再生混凝土。再生混凝土技术可以实现废弃混凝土的有效回收利用，对于保护环境、节约资源、发展生态建筑具有重要意义叫通常被认为是发展绿色生态混凝土的主要措施之一。但是与相对于外国，我国在再生混凝土的研究方面相对滞后,基本上尚处于试验研究阶段.本文在国内已有研究回的基础上,进行了再生混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度以及劈裂抗拉强度试验,研究了各强度指标间的关系，并基于试验数据回归了各强度指标间的换算关系。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：市售天然河砂，连续配级，表观密度2.65gcm3,细度模数2.7,中砂。再生聚丙烯粉末：市售聚丙烯塑料粉，粒径24mm,相对密度0.890.94g/Cm3。再生粗骨料：试验室破碎废弃混凝土筛分的粒径为2mm-30mm的碎石。搅拌水：满足国家标准的自来水。试验配合比设计参考普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2OU)9中的配合比设计方法，配制混凝土强度等级为C30o试验通过以聚丙烯取代细骨料砂子和再生粗骨料取代粗骨料石子的方式加入混凝土中，配制再生塑料混凝土。其中，再生粗骨料的取代率分别为0%、50%、100%,再生聚丙烯的掺量分别为0%、10%、20%、30%,立方体试件(尺寸15OmmX15OmmX15Omm)22组，立方体抗压与劈裂抗拉试验各11组，棱柱体试件(15OmmX15Omm×300mm)11组，每组3个试件。由于再生粗骨料吸水率较大，试验前需对其预湿。具体再生聚丙烯混凝土的配合比见表URG数字代表再生粗骨料取代石子的再生混凝土，数字代表取代率，如RGO表示再生粗骨料取代石子0%的混凝土；RPP-数字：代表再生聚丙烯取代砂子的混凝土，数字代表取代率；RG数字-RPP数字：代表再生聚丙烯与再生混凝土同时进行取代骨料。表1再生聚丙烯混凝土配合比编号再生粗骨料取代率、聚丙烯取代率%水灰比配合比/(kgmjl)水泥粗骨料细骨料再生粗骨料聚丙烯粉水附加水RGO000.45001255445002000RG505000.4500627.5445627.5020010RG50-RPP2050100.4500627.5400.5627.544.520010RG50-RPP4050200.4500627.5356627.58920010RG50-RPP6050300.4500627.5311.5627.5133.520010RGlOO10000.450004451255020015RGlOO-RPP20100100.45000400.5125544.520015RGlOO-RPP40100200.4500035612558920015RGlOO-RPP60100300.45000311.51255133.5200152.2试验方案试验采用搅拌机进行搅拌，在搅拌机中依次放入按配合比称量好的粗骨料、细骨料及再生塑料或再生粗骨料，加入的塑料需均匀分布，最后再水泥，一边搅拌一边加水。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"50081-2002）I刈测试再生塑料混凝土28d的立方体抗压强度fcuk、棱柱体抗压强度嬴、劈裂抗拉强度ftk。抗压强度试验加载速度为0.30.4Mpas,劈裂试验加载速度0.030.04Mpas°3结果与讨论表2聚丙烯粉改性再生混凝土的试验结果编号立方体抗压强度fcuk/Mpa棱柱体抗强度fck/Mpa劈裂抗拉强度ftk/Mpafck/fcukftk/fcukRGO34.125.22.410.740.071RG5027.520.11.730.730.063RG50-RPP2026.418.51.580.700.060RG50-RPP4023.116.31.470.710.064RG50-RPP6018.514.51.430.780.077RGlOO25.319.81.600.780.063RGlOO-RPP2022.517.31.490.770.066RGlOO-RPP4020.115.21.390.760.069RGlOO-RPP6018.313.11.280.720.070表2表明：（1）再生聚丙烯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，在两个不同再生粗骨料取代率（50%、100阶下，随着聚丙烯取代率的增大基本上呈线性下降趋势。再生粗骨料取代率为50%时，当再生聚丙烯细骨料取代率为5%、10%、15%时，立方体抗压强度分别为27.0Mpa、26.4Mpa>23.8Mpa,与普通再生混凝土试件R50（强度为27.9MPa）相比,强度分别下降0.9MPa、1.5MPa、4.IMPa;棱柱体抗压强度分别为21.8MPa、20.7Mpa>19.3Mpa,与普通再生混凝土试件R50（强度为22.1MPa）相比，强度分别下降0.3MPa、1.4MPa、2.8MPa;劈裂抗拉强度分别为1.61Mpa、1.52MPa、1.48Mpa,与普通再生混凝土试件R50（强度为1.83Mpa）相比，强度分别下降0.22MPa、0.31MPa、1.31MPa；再生粗骨料取代率为100%时,立方体抗压强度分别为24.6MPa、23.3MPa、21.6Mpa,与普通再生混凝土试件RIOo（强度为25.3Mpa）相比，强度分别下降0.7MPa、2MPa、3.7MPa;棱柱体抗压强度分别为20.1MPa、19.2Mpa>17.7Mpa,与普通再生混凝土试件Rlo0（强度为20.5MPa）相比，强度分别下降0.4MPa、1.3MPa、2.8MPa;劈裂抗拉强度分别为1.51MPa、1.46MPa、1.39Mpa,与普通再生混凝±R100（强度为l62Mpa）相比，强度分别下降0.11MPa、0.16MPa>0.23MPa。其主要原因是：（1）废旧轮胎粉碎加工制成的聚丙烯微粒是有机弹性材料,本身强度远低于砂,但变形性能优越,将其以细骨料的形式等体积取代砂掺入混凝土后,聚丙烯微粒在混凝土中并不能起到支撑作用，并且聚丙烯微粒的存在使水泥水化作用不能完全反应，在各骨料处于机械啮合作用中是严重的薄弱区域,导致混凝土强度降低。（2）聚丙烯微粒表面光滑，作为有机材料,其表面表现出憎水性，与无机材料水泥石间的粘结强度远小于砂与水泥石间的粘结强度,在部分砂由聚丙烯微粒取代后,引入了大量的不牢固粘结界面,导致混凝土强度降低“文（3）聚丙烯微粒掺入混凝土后,使混凝土内部结构中有大量气泡,使混凝土含气量增加,进一步导致混凝土强度的下降。随着聚丙烯微粒掺量的增加,上述三种作用逐渐增强,导致混凝土强度随聚丙烯微粒掺量的增加而显著降低。由实验数据和分析可得：聚丙烯细骨料取代率在10%以内的聚丙烯再生混凝土,较基准混凝土强度的降幅比较小，完全可以满足一般的工程应用要求。（2）在相同聚丙烯取代率（5%、10%、15%）下，再生粗骨料取代率为50%的聚丙烯再生混凝土的三个强度指标均高于取代率为100%的再生混凝土。随着再生粗骨料掺量的增加，再生聚丙烯细骨料混凝土试件的三个强度值都有一定程度的变化降低。再生粗骨料取代率为50%、100%时，立方体抗压强度分别为天然混凝±R0（强度为34.1MPa）的81.8%、74.2%；棱柱体抗压强度分别为天然混凝土R0（强度为25.2MPa）的87.7%、81.3%；劈裂抗拉强度分别为天然混凝土R0（强度为2.51MPa）的72.9%、64.5%o解释产生上述现象的原因：再生粗骨料强度较低；再生粗骨料内部出现了积累损伤（初始损伤和二次破碎损伤），出现微裂缝;再生混凝土中可能存在一些新水泥与再生粗集料粘结较薄弱的区域“凡再生粗骨料孔隙率较高，在轴向应力作用时，容易出现应力集中现象，从而导致混凝土强度降低“儿随着再生粗骨料掺量的增加,上述作用逐渐增强,导致混凝土强度随再生粗骨料掺量的增加而显著降低。由实验数据和分析可得：再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土,较基准混凝土强度相差较大，不建议应用于实际工程中。3各种强度指标之间的换算关系3.1 立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的关系对于普通混凝土,立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的统计关系为I几=069&（I）从表2可看出，再生聚丙烯细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值fdfcuk均高于普通混凝土，故式（1）已不再适用于表达再生聚丙烯细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系。基于试验数据，可得到粗骨料取代率为50%、100%时，由线性回归可得出再生聚丙烯细骨料混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的强度关系分别为：ick=0.70239fcuk+2.51790(2)相关系数为0.956,拟合程度为0.975,标准差为0.343。ick=0.7607Ifcuk+1.34641(3)相关系数为1.005,拟合程度为0.996,标准差为0.128。3.2 立方体抗压强度与劈裂抗拉强度之间的关系表2中的劈裂抗拉强度的试验结果表明，与普通混凝土劈裂抗拉强度相比，再生聚丙烯细骨料混凝土的劈裂抗拉强度要低一些。因此，再生聚丙烯细骨料混凝土的劈裂抗拉强度计算公式不能用普通混凝土的来代替。因此，本文基于试验结果，当粗骨料取代率为50%、100%时，建议再生聚丙烯细骨料混凝土的劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系为：fik=0.07177fck-0.27576(4)ftk=0.05642fcuk+0.15785(5)4结论(I)聚丙烯细骨料取代率在10%以内的聚丙烯再生混凝土,较基准混凝土强度的降幅比较小，完全可以满足一般的工程应用要求。(2)与普通混凝土相比，再生混凝土和再生聚丙烯细骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度要低，再生混凝土和再生聚丙烯细骨料混凝土不能套用普通混凝土的强度计算公式。(3)再生聚丙烯细骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度随着废弃聚丙烯取代率的不断增加而不断降低。(4)再生混凝土和再生聚丙烯细骨料混凝土的棱柱体抗压强度与其立方体抗压强度的比值高于普通混凝土，它们的劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的比值低于普通混凝土。(5)建议了再生聚丙烯细粗骨料混凝土的立方体抗压强度与轴心抗压强度、劈裂抗拉强度的关系式，可供工程应用参考。(6)从试验结果来看，废弃轮胎微粒取代砂作为混凝土细骨料可能是可行的，可以制备低强度的混凝土,再生聚丙烯细骨料混凝土配合比及耐久性能有待进一步研究。参考文献Ul谭清华,韩林海,周侃.火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析J.防灾减灾工程学报.2015,35:63-68.