废旧塑料随着经济的快速发展而日益增多。大量废旧塑料对生存环境造成负担[1-3]。因此，高效利用和处理废旧塑料成为研究的重要课题。目前处理废旧塑料的主要方法有焚烧法、填埋法和回收裂解法。焚烧法不但会产生大量黑烟，还会产生有毒气体，造成二次环境污染。填埋方法虽然短期可以见效，但填埋的废旧塑料会降低土壤蓄水能力和透气性，不利于农作物生长，违背了绿色可持续发展战略。回收裂解法虽然相对较为安全健康，但是成本相对较高，存在再生产品性能较差等问题。因此，这些方法的劣势限制其应用和推广[4-6]。废旧塑料作为一种具有较高耐磨性、较高韧性、较高强度的材料，若将其回收处理后作为骨料用于制备再生塑料混凝土，既可改善混凝土材料某些性能，又能有效处理废旧塑料，实现废料再利用[7-9]。因此，再生塑料混凝土具有重要的研究意义。废旧塑料作为有机材料添加到无机材料混凝土中，会存在界面相容性差的问题[10]。因此需要改善再生混凝土中废旧塑料的界面相容性。本实验选用不同浓度的硅烷偶联剂(SCA)溶液处理再生塑料ABS颗粒，改善其相容性，并将处理后的ABS颗粒等体积取代细骨料掺入混凝土中，测定再生塑料混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度等力学性能，以及抗氯离子渗透性能，并通过SEM分析观察ABS材料的界面相容情况。1实验部分1.1主要原料硅烷偶联剂(SCA)，DB550，济南环正化工有限公司；再生塑料，密度1.10 g/cm3，粒径1~2 mm的短柱状废旧ABS塑料；普通硅酸盐水泥，P.O.32.5R，山东华银特种水泥股份有限公司；聚羧酸高效减水剂，SPYJ-1，山东省建筑科学研究院；白色晶体状的石英砂，粒径100~200目，潍坊华昊建材有限公司；玄武岩碎石，粒径10~20 mm，广源玄武岩公司。1.2仪器与设备傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，Nicolet iS5，美国赛默飞有限公司；压力试验机，YAW-300B，济南时代试金试验仪器有限公司；万能拉力试验机，CMT4000，上海群弘仪器设备有限公司；便携式氯离子含量快速测定仪，CLU-A，沧州华韵实验仪器有限公司；扫描电子显微镜(SEM)，QUANTA FEG 250，美国FEI公司。1.3样品制备表1为再生ABS塑料混凝土具体配方。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.T001表1再生ABS塑料混凝土配合比Tab.1Mix proportion of recycled ABS plastic concrete样品编号SCA溶液浓度/%组分/（kg‧m-3）水泥水石英砂石子ABS塑料S00400160640136064S10.2400160640136064S20.4400160640136064S30.6400160640136064S40.8400160640136064S51.0400160640136064S61.2400160640136064S71.4400160640136064S81.6400160640136064注：各组混凝土减水剂用量为水泥的1%。将水(1 L)与无水乙醇(4 L)按照体积比1∶4的比例混合，加入无水乙酸调整pH值为4左右，将硅烷偶联剂(SCA)缓慢加入，分别配制出质量分数为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、1.2%、1.4%、1.6%的SCA溶液。并将ABS塑料在不同浓度的SCA溶液中浸泡30 min后取出，25 ℃烘干箱中干燥24 h。用浸泡后的ABS塑料等体积取代细骨料，体积取代率为10%。1.4性能测试与表征FTIR分析：测试范围400~4 000 cm-1。抗压强度测试：按GB/T 50081—2002进行测试，加载速度为0.5 kN/s。劈裂抗拉强度测试：按GB/T 50081—2002进行测试，样品尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。抗折强度测试：按GB/T 50081—2002进行测试，样品尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。抗氯离子侵蚀测试：按GB/T 50082—2009进行测试。SEM分析：对样品表面喷金后观察样品形貌。2结果与讨论2.1FTIR分析图1为添加SCA前后FTIR谱图。从图1可以看出，相较于未添加SCA溶液的试样，1.0% SCA溶液改善的ABS再生塑料混凝土的光谱在波数为2 945 cm-1、2 860 cm-1处出现两个明显的—CH3和—CH2的伸缩振动吸收特征峰，证实硅烷偶联剂中的硅烷成功接枝到ABS再生塑料混凝土。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F001图1添加SCA前后FTIR谱图对比Fig.1Comparison of FTIR spectra before and after adding SCA2.2抗压强度分析图2为不同SCA溶液浓度的再生ABS塑料混凝土3 d和28 d抗压强度。从图2a可以看出，当混凝土养护3 d时，再生ABS塑料混凝土的抗压强度随着SCA溶液浓度的增加先迅速增大，当SCA浓度为1.0%时，抗压强度达到最大，相较于0浓度下的抗压强度提高61.1%，随着SCA溶液浓度的继续增加，抗压强度略有下降，基本保持在29.7 MPa。这是由于1.0% SCA溶液中硅烷偶联剂在同一分子里含有两种不同反应基团—无机和有机反应基团，可以与无机质材料(混凝土)和有机质材料(ABS材料)发生反应，有效改善再生ABS塑料混凝土中ABS材料的界面相容性，提高ABS材料与混凝土基体的黏结力，减少裂纹，增加了再生ABS塑料混凝土的抗压强度。而当溶液浓度超过1.0%时，SCA溶液的改善能力达到饱和，因此再生ABS塑料混凝土的抗压强度随着SCA溶液浓度的增加基本保持不变。图2再生ABS塑料混凝土抗压强度Fig.2Compressive strength of recycled ABS plastic concrete10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F2a1(a)3 d10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F2a2(b)28 d从图2b可以看出，再生ABS塑料混凝土的28 d抗压强度比3 d抗压强度整体有提升，这是由于随着养护龄期的增长，水泥水化产物增多，填充孔隙增加混凝土致密度，提高抗压强度。且再生ABS塑料混凝土的28 d立方体抗压强度随着SCA溶液浓度的增加先上升后平稳，这一规律与3 d抗压强度一致。当SCA浓度为1.0%时，其强度达到最大，相较于0浓度下的抗压强度提高22.8%。2.3劈裂抗拉强度分析图3为不同SCA溶液浓度的再生ABS塑料混凝土3 d和28 d劈裂抗拉强度。从图3可以看出，在SCA溶液含量为0.2%~1.0%的范围内，再生ABS塑料混凝土3 d劈裂抗拉强度随SCA溶液增加而增大，添加0.6%、0.8%、1.0% SCA溶液的再生ABS塑料混凝土的3 d劈裂抗拉强度，较添加0 浓度SCA溶液的再生ABS塑料混凝土分别提升了41.7%、50.0%和83.3%；与3 d劈裂抗拉强度相似，添加0.2%~1.0%SCA溶液的再生ABS塑料混凝土的28 d劈裂抗拉强度也有明显增长。说明添加SCA溶液能明显改善ABS塑料混凝土早期和后期的劈裂抗拉强度。此外，添加1.0% SCA溶液的再生ABS塑料混凝土28 d劈裂抗拉强度增幅相较于3 d的增幅略大。1.0% SCA溶液的再生ABS塑料混凝土28 d劈裂抗拉强度相较于空白样28 d劈裂抗拉强度提高了90.9%，1.0% SCA溶液的再生ABS塑料混凝土3 d劈裂抗拉强度相较于空白样3 d劈裂抗拉强度提高了83.3%。这是由于随着水泥水化反应的进行，硅烷偶联剂在ABS塑料混凝土中形成了更多连接键，即ABS塑料颗粒与水泥浆体的结合能力逐步提升，因此3 d的劈裂抗拉强度提升幅度较小，而在28 d时，随着两者的黏结基本完成，材料的强度得到大幅度提升。图3再生ABS塑料混凝土劈裂抗拉强度Fig.3Splitting tensile strength of recycled ABS plastic concrete10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F3a1(a)3 d10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F3a2(b)28 d2.4抗折强度分析图4为不同SCA溶液浓度下的再生ABS塑料混凝土3 d和28 d抗折强度。图4再生ABS塑料混凝土抗拉强度Fig.4Tensile strength of recycled ABS plastic concrete10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F4a1(a)3 d10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F4a2(b)28 d从图4可以看出，再生ABS塑料混凝土的3 d抗折强度随着SCA溶液浓度的增加先迅速增大后趋于平缓，1.0% SCA浓度下的抗折强度达到最大。且由图4a与4b对比可知，再生ABS塑料混凝土的28 d抗折强度比3 d抗折强度整体有提升。这是由于水泥在水化后期水化产物增多，28 d抗压强度增大。从图4b可以看出，1.0% SCA浓度下的抗折强度达到最大。这是因为当SCA浓度小于1.0%时，可与再生ABS塑料混凝土发生键合作用的硅烷偶联剂质量分数较低，仍存在大量的再生ABS塑料混凝土无法与硅烷偶联剂发生键合作用。因此，随着SCA浓度的增加，越来越多的硅烷偶联剂与再生ABS塑料混凝土发生键合作用，改善其界面相容性，提高再生ABS塑料混凝土的脆性破坏性能。而当溶液浓度超过1.0%时，SCA溶液的改善能力达到饱和。当SCA溶液浓度为1.2%时，抗折强度反而发生降低，这可能是因为1.2%SCA溶液不利于水泥的水化，给水泥混凝土造成结构缺陷。2.5抗氯离子侵蚀分析图5为添加SCA溶液后再生ABS塑料混凝土的氯离子迁移系数的变化规律。从图5可以看出，添加SCA溶液后，氯离子迁移系数有所下降，添加0.4%、0.6%、0.8% SCA溶液的氯离子迁移系数相较于添加0浓度SCA溶液的再生ABS塑料混凝土分别降低了3.96%、9.7%和11.9%，表明SCA溶液可以有效改善再生ABS塑料混凝土中ABS材料的界面相容性，减少界面空洞和裂纹，增加混凝土密实性，降低氯离子在混凝土中迁移的通道，提高再生ABS塑料混凝土的抗氯离子侵蚀能力。当SCA溶液浓度为1.0%时，氯离子迁移系数最小，相较于0浓度SCA溶液的氯离子迁移系数下降了19.8%，此时混凝土的抗氯离子侵蚀性最高。但当SCA溶液浓度过高时，反而会阻碍混凝土水化、碳化反应的进行，且增大了混凝土的孔隙，造成氯离子迁移系数增大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F005图5再生ABS塑料混凝土的氯离子迁移系数Fig.5Chloride ion transfer coefficient of recycled ABS plastic concrete2.6SEM分析图6为0浓度SCA溶液和1.0%SCA溶液改善的28 d再生ABS塑料混凝土的SEM照片。从图6可以看出，ABS材料在混凝土中的界面相容性情况，0浓度SCA溶液改善条件下的ABS材料与混凝土基体结合不牢固，界面处存在孔洞和裂纹，导致此浓度下的再生ABS塑料混凝土的力学性能和抗氯离子侵蚀性能较差。而1.0% SCA溶液改善条件的ABS材料与混凝土基体界面相容性明显提高，界面处结合牢固，几乎不存在裂纹，混凝土密实度显著提高，与此浓度下的再生ABS塑料混凝土的力学性能和抗氯离子侵蚀性能较好的实验结果相一致。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.05.013.F006图6再生ABS塑料混凝土的SEM照片Fig.6SEM photos of recycled ABS plastic concrete3结论(1)随着SCA溶液浓度的增加，再生ABS塑料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度先增大后趋于稳定，当SCA浓度为1.0%时，其力学性能达到最大。(2)1.0% SCA溶液可以有效改善再生ABS塑料混凝土中ABS材料的界面相容性，减少界面空洞和裂纹，增加混凝土密实性，降低再生ABS塑料混凝土的氯离子迁移系数，对于提高再生ABS塑料混凝土的抗氯离子侵蚀能力具有较大的作用。(3)SEM分析结果表明，1.0% SCA溶液改善条件的ABS材料与混凝土基体界面相容性明显提高，界面处结合牢固，几乎不存在裂纹，混凝土密实度显著提高。