塑料的绝缘性能好、比强度高、质量轻，在生活中广泛应用[1]。然而，塑料的大量使用为废旧塑料的处理带来难题。废旧塑料回收再利用不仅能够有效解决废旧塑料的处理问题，而且可以产生经济效益[2-3]。废弃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)处理后，添加至沥青中制备ABS-混凝土复合材料，能够应用于道路铺设。但废弃塑料简单填充至混凝土，制备的塑料-混凝土的力学性能较差[4-7]。而对塑料-混凝土复合材料界面修饰后可以明显改善其性能。王磊等[8]研究硅烷偶联剂KH-570的浓度对再生塑料混凝土力学性能影响，结果表明：随着再生塑料颗粒含量越大，硅烷浓度对复合材料的力学性能影响越大。杜超群[9]利用丙基三乙氧基硅烷等偶联剂改性水泥砂浆、聚丙烯废塑料混合物，结果表明：硅烷偶联剂与净浆基体产生交联、耦合作用。目前，已有相关文献研究聚丙烯、聚乙烯等材料与混凝土共混，而废弃ABS塑料研究较少。本实验以十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)为界面改性剂，以回收ABS塑料为原料，ABS与混凝土共混，制备ABS-混凝土复合材料，并探究HDTMS的用量对ABS-混凝土复合材料力学性能、抗氯离子渗透性的影响。1实验部分1.1主要原料混凝土，C20，铜仁跃鑫环保建材有限公司；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)回收料，密度为0.916~0.930 g/cm3，熔体流动速率为0.2~5.0 g/min，软化点为80~100 ℃，南京兆维塑料厂；十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)，UP-316，南京优普化工有限公司。1.2仪器与设备场发射扫描电镜(SEM)，Sigma300，苏州森沃斯工业设备有限公司；混凝土渗透性测试仪，ProceqTorrent，苏州拓测仪器设备有限公司；微机控制恒加载压力试验机，TYA-2000A，无锡建仪实验器材有限公司；电液伺服万能试验机，WAW-600B，济南中路昌试验机制造有限公司。1.3样品制备表1为ABS-混凝土复合材料配方。按水175 kg、水泥343 kg、砂621 kg比例混合，制备C20混凝土，将ABS回收料、混凝土与HDTMS按表1配方混合，投入搅拌机，80 ℃下处理15 min，得到ABS-混凝土复合材料，浇筑成件干燥3 d、28 d后取出，得到样品。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.T001表1ABS-混凝土复合材料配方Tab.1Formula of ABS-concrete composites复合材料HDTMSABS颗粒混凝土A002080A10.22080A20.42080A30.62080A40.82080A51.02080A61.22080A71.42080A81.62080份phr1.4性能测试与表征力学性能测试：按CECS 13:2009与GB/T 31387—2015进行测试，样品尺寸100 mm×100 mm×100 mm；按JTG E20—2011的抗冻融劈裂方法，对ABS-混凝土复合材料进行冻融劈裂试验。SEM分析：将力学测试后ABS-混凝土复合材料喷金处理，观察样品表面形貌。抗氯离子渗透性测试：样品直径95 mm，厚度51 mm，在标准条件下养护不同时间后测试。2结果与讨论2.1劈裂抗拉强度分析图1为HDTMS用量与ABS-混凝土复合材料的劈裂抗拉强度的关系。从图1可以看出，HDTMS用量低于1.0份时，ABS-混凝土复合材料干燥3 d、28 d的劈裂抗拉强度，随HDTMS含量的增加而增大。当HDTMS用量为1.0份，ABS-混凝土复合材料经28 d的劈裂抗拉强度大于3 d的劈裂抗拉强度。说明随着干燥时间的延长，ABS-混凝土复合材料间界面结合逐渐完善。因此，相较于干燥3 d的劈裂抗拉强度，干燥28 d的材料的劈裂抗拉强度明显提升。而HDTMS用量过高时，ABS-混凝土复合材料界面趋于饱和，过量的HDTMS在混凝土相中，影响混凝土的水化过程，使其产生缺陷。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F001图1ABS-混凝土复合材料劈裂抗拉强度Fig.1Splitting tensile strength of ABS-concrete composites2.2抗折强度分析图2为HDTMS用量与ABS-混凝土复合材料抗折强度的关系。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F002图2ABS-混凝土复合材料抗折强度Fig.2Flexural strength of ABS-concrete composites从图2可以看出，在一定范围内，ABS-混凝土复合材料在3 d后的抗折强度，随着HDTMS用量的增加先增大后趋于平缓。HDTMS用量为1.0份时，ABS-混凝土复合材料的抗折强度最大。ABS-混凝土复合材料干燥28 d的抗折强度较3 d明显提高。由于水泥在水化后期产物增多，与偶联剂中Si—OH键结合更紧密。干燥28 d、HDTMS用量为1.0份时，ABS-混凝土复合材料的抗折强度达到最大。因为低用量下HDTMS无法完全包裹ABS回收料。而随着HDTMS用量的增加，大量硅烷偶联剂与ABS-混凝土复合材料发生键合作用，两相界面趋于饱和[9-10]，提高ABS-混凝土复合材料的抗折强度。而当HDTMS用量超过1.0份，HDTMS用量继续提高时，抗折强度反而降低。原因可能是过量的HDTMS无法存在于ABS界面，而自由分散在混凝土基体中，影响水泥的水化，导致混凝土的结构产生缺陷[9]。2.3抗压强度分析图3为HDTMS的不同用量下，ABS-混凝土复合材料干燥28 d的抗压应力-应变曲线。从图3可以看出，当HDTMS为0和1.0份，ABS-混凝土复合材料最大应力分别为24.1 MPa和26.9 MPa。添加HDTMS后，ABS-混凝土复合材料最大应力明显提高，说明加入HDTMS使ABS-混凝土复合材料相容性明显改善。当HDTMS含量为1.6份，ABS-混凝土复合材料的抗压强度降至15.9 MPa，最大应变增至0.003 2%左右。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F003图3ABS-混凝土复合材料应力-应变曲线Fig.3Stress-strain curves of ABS- concrete composites表2为ABS-混凝土复合材料抗压强度及弹性模量。从表2可以看出，ABS-混凝土复合材料弹性模量随HDTMS用量的增加而降低，当HDTMS用量为1.0份，ABS-混凝土的弹性模量为40.0 GPa，而当HDTMS用量为1.6份，ABS-混凝土的弹性模量降至21.9 GPa。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.T002表2ABS-混凝土复合材料的抗压强度及弹性模量Tab.2Compressive strength and elastic modulus of ABS-concrete compositesHDTMS用量/份抗压强度/MPa弹性模量/GPa024.149.61.026.940.01.615.921.92.4抗氯离子侵蚀分析图4为HDTMS用量对干燥28 d的ABS-混凝土复合材料抗氯离子迁移性能的影响。从图4可以看出，随着HDTMS用量的增加，ABS-混凝土复合材料的氯离子迁移系数略有下降。当HDTMS用量为1.0份，ABS-混凝土复合材料的氯离子迁移系数最小，相较未改性的ABS-混凝土复合材料下降30.3%。由于HDTMS能够有效减少混凝土中的泡孔和裂纹，增加混凝土密实性[9]。ABS-混凝土复合材料界面处的自由体积是氯离子迁移的重要路径，而HDTMS能够改善ABS和混凝土的界面相容性，使ABS-混凝土复合材料的相界面更紧密，阻碍氯离子在混凝土中迁移，从而提高ABS-混凝土复合材料的抗氯离子侵蚀能力。另外，过高的HDTMS用量使ABS-混凝土的氯离子迁移速率增加，因为当HDTMS用量过高，阻碍水泥水化反应的进行，并增大混凝土的孔隙，促进氯离子迁移，造成氯离子迁移系数增大。因此，当HDTMS添加量为1.0份，ABS-混凝土复合材料的氯离子迁移系数最低。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F004图4ABS-混凝土复合材料的氯离子迁移系数Fig.4Chloride ion migration coefficient of ABS-concrete composites2.5流变性能分析图5为不同ABS-混凝土复合材料的流变性能。从图5可以看出，随着剪切时间的增加，不同ABS-混凝土的扭矩先增加后降低，说明ABS-混凝土复合材料的流变行为呈现剪切变稀。当HDTMS的用量为1.0份，ABS-混凝土的剪切变稀时间明显缩短，剪切变稀时间降至20 s左右，并且最大扭矩降至65 N‧m。这是由于HDTMS与水泥中羟基发生水化反应，减少水泥中羟基含量，破坏氢键网络。因此，HDTMS有助于改善混凝土的流变性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F005图5ABS-混凝土复合材料的流变性能Fig.5Rheological properties of ABS-concrete composites2.6SEM分析图6为改性前后ABS-混凝土复合材料的SEM照片。从图6a和图6b可以看出，无论是否添加HDTMS，塑料相在ABS-混凝土复合材料中均分散良好。从图6c和图6d可以看出，相较未添加HDTMS的ABS-混凝土复合材料，当HDTMS的用量为1.0份，使ABS-混凝土的密实性明显改善，复合材料的空洞基本消除，因此ABS-混凝土复合材料的力学性能和抗氯离子侵蚀性能明显提高。因为加入HDTMS后，ABS-混凝土的流动性得到改善，气泡更易逸出。HDTMS改善水泥内部的水化反应，使水分容易从水泥相中脱出，减少孔缝的产生。图6ABS-混凝土复合材料的SEM照片Fig.6SEM images of ABS-concrete composites10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F6a1（a）A0微观10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F6a2（b）A5微观10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F6a3（c）A0 宏观10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.03.005.F6a4（d）A5宏观3结论（1）采用不同用量的HDTMS改性ABS-混凝土复合材料，HDTMS用量为1.0份以内时，ABS-混凝土复合材料的力学性能与HDTMS用量的成正比关系，当HDTMS溶液用量为1.0份，干燥3 d、28 d，ABS-混凝土复合材料的力学性能较好。（2）随着HDTMS用量的提高，ABS-混凝土复合材料的氯离子迁移系数先降低后升高。HDTMS含量为1.0份时效果最好，ABS-混凝土的氯离子迁移系数较小，达到7.6×10-12 m2/s，相较未改性的ABS-混凝土复合材料，抗氯离子迁移系数下降约30.3%。（3）HDTMS能够明显提高ABS和混凝土的界面相容性。HDTMS用量为1.0份时，ABS与混凝土基体界面相容性明显提高，界面处结合牢固，混凝土相气泡基本消失，ABS-混凝土复合材料密实性提高。