塑料制品在生产生活中的广泛应用，极大地方便了人类的生产生活。然而由于塑料的大量使用和其本身难以降解，产生了较多的塑料废弃物[1]。这些塑料废弃物对环境有着极大的危害，传统的解决方法是将其进行焚烧、填埋，这些方法都不能从根源上解决问题，并且会造成严重的环境污染[2]。因此，选择一种绿色环保的废弃塑料处理方式对于塑料污染问题的解决具有重要意义。目前，将废弃聚合物作为填料从而增强复合物的性能已经成为目前的研究热点[3]。黄乐等[4]通过将橡胶和塑料颗粒等体积代替砂子并掺入混凝土中，研究了不同掺杂量对于混凝土力学性能的影响。结果表明橡胶可以增强材料的韧性，塑料可以提升其物理性能以及强度。陈海明等[5]通过将废弃聚丙烯塑料作为砂子代替物制备了塑料复合混凝土，结果发现较小粒径的塑料颗粒可以有效地提高砂浆的强度。张海波等[6]在水泥砂浆中加入聚氯乙烯(PVC)骨料，结果发现得到的复合材料的热导率随着PVC含量的增加而降低。然而上述研究仅仅只是将某一塑料简单清洗粉碎并掺入混凝土后对其性能的影响，并没有比较不同物理性质对于混凝土性能的影响。本实验采用日常生产生活中使用量较大的塑料材料包括聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)以及聚乙烯(PE)作为混凝土填料制备了不同的塑料复合混凝土，并对其力学性能、物理性质、耐久性以及导热性能进行了系统的研究，并评估了其作为非承重构件的轻质混凝土的适用性。1实验部分1.1主要原料天然砂，细度模数2.6，表观密度2 730 kg/m3，岷江河沙；硅酸盐水泥，P·O·42.5，四川峨胜水泥厂，表1为其化学成分；聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)分别从废弃塑料袋、废弃电视机外壳和废弃饮料包装瓶上获得；高效羧酸液态减水剂，减水率30%，临沂市尼科建材有限公司；硫酸钠，氯化钠、氢氧化钠，分析纯，国药制药有限公司。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T001表1硅酸盐水泥的配方表Tab.1Portland cement formula table组分CaOSiO2Al2O3SO3MgOFe2O3质量分数50.531.87.634.943.231.9%%1.2仪器与设备塑料破碎机，800号，莱州市文海机械设备有限公司；全自动双平板导热系数测定仪，DRH-III，湘潭市仪器仪表有限公司；万能试验机，CMT5205，珠海市三思泰捷电气设备有限公司；真空饱水机，DTL-6，河北星键仪器有限公司；氯离子电通量测试仪，PER-6A，北京首瑞大同测控技术有限公司。1.3样品制备将得到的废弃塑料用清水洗涤干净后裁剪为小碎块，并再次使用清水进行清洗，放入塑料破碎机进行破碎，并采用2.35 mm和4.75 mm的方孔筛进行筛分，得到的废弃塑料颗粒尺寸为2.35~4.75 mm之间。表2为塑料砂浆混凝土的混合比例。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T002表2塑料砂浆混凝土的混合比Tab.2Mixing ratio of plastic mortar concrete样品水天然砂减水剂塑料硅酸盐水泥空白样2006801.20430PS-52006751.25430PS-102006701.210430PS-152006651.215430PS-202006601.220430PE-52006751.25430PE-102006701.210430PE-152006651.215430PE-202006601.220430PP-52006751.25430PP-102006701.210430PP-152006651.215430PP-202006601.220430gg1.4性能测试与表征抗压强度测试：样品尺寸100 mm × 100 mm ×100 mm，加载速率0.5 kN/s。抗折强度测试：按JTG E30—2005进行测试[7]，样品尺寸40 mm× 40 mm×160  mm，加载速率2.4 kN/s。热导率测试：按ASTM C518—2010和ISO 8301—1991进行测试[8]，样品为直径50 mm、厚度为2 mm。物理性质测试：按ASTM C20[9]测试样品的孔隙率P、吸水率A、真实密度T、表观密度B，其计算公式分别为：P=W-SW-D×100% (1)A=W-DD×100% (2)T=DD-S (3)B=DW-S×100% (4)式中：D为试样干质量，g；S为水中悬挂质量，g；W为饱和质量，g。抗硫酸盐侵蚀性能测试：按《混凝土材料抗硫酸盐腐蚀测试方法》中的干湿循环法进行测试[10]，制作50 mm×50 mm×50 mm的试件放置到5%的硫酸钠溶液中浸泡16 h，取出晾干1 h并在80 oC中烘干1 h，冷却到室温后对其称重，如此为一个循环，进行50次循环后，试样的质量损失小于5%即合格。氯离子电通量测试：按ASTM C1202—97进行测试[11]，样品长度50 mm、直径100 mm。将试件放在真空饱水机里进行真空饱水，在试件两端加60 V的电压，试件两端电解池中分别放置3.0%的氯化钠(阴极)和0.3 mol/L的氢氧化钠水溶液(阳极)，记录6 h内通过试件的总电量即为试件的电通量。2结果与讨论2.1塑料混凝土的物理性质表3为不同塑料混凝土的物理性质。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T003表3不同塑料混凝土的物理性质Tab.3Physical properties of different plastic concrete样品孔隙率/%吸水率/%真实密度/(g·cm-3)表观密度/(g·cm-3)空白样12.636.322.562.31PS-516.557.292.312.17PS-1021.369.232.162.12PS-1522.4610.382.092.07PS-2024.5611.242.032.01PE-514.638.422.292.19PE-1020.6610.122.112.14PE-1521.3511.282.052.06PE-2022.5412.892.012.02PP-515.217.692.382.24PP-1020.319.682.212.15PP-1521.0310.622.192.08PP-2021.9611.562.162.03从表3可以看出，塑料颗粒的加入可以有效地提高塑料混凝土的孔隙率，相比于空白样，PS-20、PE-20和PP-20孔隙率增大，分别增加了94.46%，78.46%和73.87%，这可能是由于塑料颗粒与混凝土成分不同，不能与混凝土充分贴合从而产生孔隙，并且密实程度降低。并且由于孔隙率的提高，塑料混凝土的吸水率也随之提高。并且随着塑料含量的增加，由于塑料的密度远低于天然砂，因此塑料混凝土的真实密度和表观密度都随着塑料的添加量增加而降低。2.2塑料混凝土的力学性能图1为不同塑料掺量的混凝土抗压强度变化示意图。从图1可以看出，当塑料含量越高，得到的混凝土抗压强度就越低。其中，空白样的抗压强度为48.3 MPa，而加入PS、PE和PP后，塑料混凝土的抗压强度分别在PS-20、PE-20和PP-20中下降到了28.9、28.3和29.3 MPa。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F001图1不同塑料掺量的混凝土的抗压强度Fig.1The compressive strength of concrete with different amounts of plastic这一结果是由于塑料颗粒的加入，其并不会与水泥发生相互反应，并且塑料的强度低于砂石，在较大的应力下塑料颗粒容易受到破坏，这也可能是由于在塑料和砂浆之间形成的弱过渡区，因此得到的混凝土的抗压强度降低。根据JTG D40—2011中对混凝土的抗压强度最低25 MPa的标准值[12]，制备的塑料混凝土均能达到路用材料的设计要求。图2为不同塑料掺量的混凝土的抗折强度值。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F002图2不同塑料掺量的混凝土的抗折强度Fig.2Rupture strength of concrete mixed with different amounts of plastic从图2可以看出，与抗压强度结果类似，随着掺量的增加，抗折强度逐渐发生下降，下降最低为PS-20、PE-20和PP-20，分别从空白样的7.2 MPa下降到4.9、4.5和4.7 MPa。这一结果是由于砂砾与塑料颗粒混合后在基体中产生了微小裂缝，塑料掺量越高，产生的微小裂缝就越多，因此在进行抗折试验的时候，掺量较高的试件抗折强度较低。根据JTG D40—2011中对混凝土的抗折强度最低4.0 MPa的标准值[12]，加入塑料掺杂料之后抗折强度均高于标准值，因此具有较好的适用性。综上所述，根据与通用混凝土的标准力学强度进行对比，PS-5相比其他样品具有较好的力学性能，并且相比于空白样具有较低的密度，因此可以有效的作为非承重构件的结构材料。2.3塑料混凝土的导热系数导热系数反映了材料对于热量的传输效果，在混凝土材料中，导热系数越低，材料的保温性能越好，节能效果也越好。图3为不同塑料掺量的混凝土的导热系数。从图3可以看出，空白样的导热系数为1.6 W/(m·K)，各类塑料混凝土的导热系数均低于空白样，并且PS-20具有最低的导热系数1.12 W/(m·K) ，说明其可用于生产轻质、非结构性、高抗热性能的混凝土，用于保温板、隔墙、外立面等，以达到节能的目的。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F003图3不同塑料混凝土的导热系数Fig.3Thermal conductivity of different plastic concrete2.4塑料混凝土的耐久性图4为掺杂量为5 g的不同试样分别在10、25和50次循环后的质量损失率。从图4可以看出，最大的质量损失率为PS-5号样在第50次时的质量损失率为2.6%，该值小于规定的5%，因此说明制备的PS-5、PE-5和PP-5具有较好的抗硫酸盐腐蚀性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F004图4不同塑料混凝土试样的抗硫酸盐腐蚀性能Fig.4Sulphate corrosion resistance of different plastic concrete samples图5为掺杂量为5 g的不同试样的在6 h测试后的氯离子电通量测试结果，该值越低，说明混凝土的抗渗透性就越强。从图5可以看出，PS-5，PE-5和PP-5样品的电通量分别为1 560、1 420和1 480 C，根据氯离子渗透实验标准(1 000~2 000 C) [13]，三种样品均具有较低的氯离子渗透量，说明其具有较好的抗渗透性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F005图5不同塑料混凝土试样的氯离子电通量Fig.5The electric fluxes of chloride ions in different plastic concrete samples3结论(1)通过在混凝土砂浆中加入不同含量的PS、PP和PE塑料，制备了具有轻质高性能的塑料混凝土。(2)分别对不同塑料混凝土进行了物理性质、力学性能以及导热系数的测定，结果表明由于塑料与混凝土的低结合力，其表现出了较大的孔隙率。相比于空白样，塑料混凝土具有较低的密度。在力学性能方面，PS-5样品具有较高的力学性能以及较低的传导率，因此可以用于非承重构件的混凝土结构材料，并且可以达到有效的保温节能效果。通过耐久性测试，PS-5、PE-5和PP-5均表现出了较好的抗硫酸盐腐蚀性能以及抗氯离子渗透性，具有较高的耐久度。