丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元聚合物(ABS)由于具有较好的化学稳定性，力学性能等优点，成为目前应用较广泛的聚合物之一[1-2]。然而，ABS的大量使用产生较多的废弃污染物，对环境造成极大影响[3]。因此，探索一种绿色高效的处理ABS废弃物的方法成为目前研究热点。ABS塑料废弃物较常见的处理方法包括填埋法和焚烧法。焚烧法处理速度快，但燃烧过程中会产生大量黑烟以及有毒气体，产生二次污染。而填埋法会破坏土壤性能，影响作物生长，这些缺点限制两种方法的推广应用[4]。由于废弃ABS塑料具有一定的力学强度以及稳定性，将其作为混凝土填料可以获得性能优异的塑料混凝土，可以有效解决废弃塑料的积累问题，绿色高效处理ABS废弃物[5]。然而，目前ABS塑料混凝土的制备方法大部分采用ABS塑料作为填料与混凝土填充而未进行二次改性，得到的塑料混凝土性能较单一，性能提升效果较差。将ABS发泡改性，可以得到具有质轻，优异保温性能的发泡ABS，将其作为细骨料制备塑料混凝土，可以获得具有优异力学性能以及保温性能的混凝土材料，可以用于建筑材料。本实验通过不同含量的偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂与ABS废弃物制备发泡ABS，并将其作为混凝土细骨料制备ABS塑料混凝土，并对塑料混凝土的力学强度、保温性能以及化学稳定性进行研究。1实验部分1.1主要原料废弃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元聚合物(ABS)，密度1.21~1.25 g/cm3，回收后粉碎为粒径2~3 mm的颗粒，青岛顺达丰工贸有限公司；偶氮二甲酰胺(AC)，平均粒径4~5 μm，发气量226 mL/g，广州江盐有限公司；硅酸盐水泥，P.O.42.5级，安徽海螺水泥厂；河沙，粒径4~5 mm，表观密度2.689 g/cm3，岷江河砂厂；天然碎石，粒径5~25 mm，英德市望埠镇园辉奇石场；氯化钠，分析纯，天津大茂试剂有限公司。1.2仪器与设备扫描电子显微镜(SEM)：KYKY-EM6200，北京中科科仪股份有限公司；热重分析仪(TG)，setline TGA，上海KEP科技公司；万能试验机，CMT6104，美特斯工业系统（中国）有限公司；热导率测试仪，DRH-III，湘潭市仪器仪表有限公司；邵氏硬度计，LX-D，上海精密仪器仪表有限公司；电子数码温度计，天工（深圳）维修工具配件有限公司；双螺杆挤出机，XL-D400，常州武进橡胶机械厂；注塑成型机，BL-6175，东莞市宝轮精密检测仪器有限公司。1.3样品制备1.3.1ABS的发泡将ABS颗粒用水洗净，在烘箱中80 ℃烘干。根据王黎明等[6]实验过程，将ABS与AC按照9∶1的质量比均匀混合，在双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度分别为90、110、115、120、125、130 ℃，螺杆转速为250 r/min，进料速度为25 r/min。母粒在180 ℃下释压发泡，发泡时间10 min。将发泡ABS(FABS)粉碎，得到粒径为2~3 mm的颗粒。1.3.2ABS塑料混凝土的制备表1为ABS混凝土的配方。根据JTG/T F30—2014制备混凝土标准件[7]，制备的混凝土试样放置不同模具中自然条件下干燥，室温下养护28 d。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.T001表1ABS混凝土的配方Tab.1Formula of ABS concretes样品水水泥河沙碎石ABSFABS空白样15.820.6585.600ABS-115.820.6535.650ABS-215.820.6485.6100ABS-315.820.6435.6150FABS-115.820.6535.605FABS-215.820.6485.6010FABS-315.820.6435.6015%%1.4性能测试与表征SEM分析：对样品表面喷金处理，观察样品表面形貌。TG分析：温度范围25~600 ℃，升温速率10 ℃/min。抗压强度：按ASTM C330/C330M-17a进行测试，样品尺寸65 mm×50 mm×50 mm。抗折强度：按JTG E30—2005进行测试，样品尺寸50 mm×70 mm×20 mm。劈裂抗拉强度：按GB/T 50081—2002进行测试，样品尺寸65 mm×50 mm×50 mm。热导率：按照ASTM C518—2010进行测试[8]；样品尺寸5mm×5 mm×2mm。保温性能测试：混凝土试件为尺寸200 mm×200 mm×200 mm的空心立方体，分别在不同样品的立方体中放置20 mm×20 mm×20 mm的冰块，测量内部温度变化，待内部温度和外界温度一致，记录所需时间。吸水率测试：尺寸为50 mm×50 mm×50 mm的样品称重，记录为M0；浸入水中15 min称重Mt，吸水率W计算公式为：W=Mt-M0M0×100% （1）氯离子通量测试：按ASTM C1202—1997进行测试[9]，样品为长度50 mm，直径100 mm的圆柱。抗硫酸盐腐蚀测试：按《混凝土材料抗硫酸盐腐蚀测试方法》进行测试[10]，样品尺寸50 mm×50 mm×50 mm，硫酸钠溶液浓度为5%。抗冻融实验：按GB/T 50082—2009进行测试，配置3%的氯化钠溶液，样品尺寸20 mm×20 mm×30 mm，计算冻融前后的质量损失率。2结果与讨论2.1ABS和FABS的SEM分析图1为纯ABS和FABS的SEM照片。从图1a可以看出，纯ABS表面致密且存在较多褶皱，褶皱面较光滑。从图1b可以看出，FABS中表面出现大量微孔，是发泡过程中产生大量气体导致。这些微孔结构掺入混凝土，可以与基体形成大量的连接，有效增强塑料混凝土的性能。多孔结构使FABS密度减小，有利于制备轻质ABS塑料混凝土。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F001图1纯ABS和FABS的SEM照片Fig.1SEM images of pure ABS and FABS2.2ABS和FABS的热稳定性图2为纯ABS与FABS的TG曲线。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F002图2纯ABS 和FABS的TG曲线Fig.2TG curves of pure ABS and FABS从图2可以看出，纯ABS的初始分解温度为230 ℃，在525 ℃基本完全分解。而FABS的初始分解温度为370 ℃，与纯ABS相比显著提高，这是由于FABS具有较多的孔隙结构，高温作用下，孔隙壁塌缩，孔隙内部的空气起隔绝热量的作用。FABS与纯ABS相比，热稳定性提高。2.3塑料混凝土的密度图3为不同ABS塑料混凝土的密度。从图3可以看出，对比样的密度最大，为2.132 g/cm3。由于ABS的密度低于河沙密度，因此ABS混凝土密度均降低，ABS-3最低，为1.867 g/cm3。由于FABS内部孔隙增加使体积膨胀，密度低于ABS。FABS-3密度最低，为1.764 g/cm3，这一结果表明FABS可以用于制备轻质混凝土。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F003图3不同ABS塑料混凝土的密度Fig.3Density of different ABS plastic concretes2.4塑料混凝土的保温性能图4为不同ABS塑料混凝土的热导率。从图4可以看出，对比样的热导率最高，为1.7 W/(m‧K)。ABS具有较低的热导率0.225 6 W/(m‧K)，使ABS混凝土的热导率均降低。ABS-3中ABS含量最大，其热导率最低，为1.54 W/(m‧K)。FABS由于孔隙较多，内部的空气可以有效阻绝热量的传输，与TG分析一致。FABS混凝土的热导率均低于相同含量的ABS混凝土，FABS-3热导率最低，为1.41 W/(m‧K)，说明FABS混凝土相比ABS混凝土具有更好的保温效果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F004图4不同ABS塑料混凝土的热导率Fig.4Thermal conductivity of different ABS plastic concretes图5为不同ABS塑料混凝土的保温效果，温度恢复时间越长，说明保温效果越好。从图5可以看出，对比样中混凝土热导率较高，导致外部热量传到内部较快，使内部温度恢复与外界温度一致的时间较短，68 min内与外界温度保持一致。加入ABS或FABS，塑料混凝土恢复时间均增加。ABS-3的恢复时间最长，达到89 min，与热导率变化趋势一致。FABS-3的保温时间最长，达到104 min，表明其保温效果最佳。FABS-2的热导率与FABS-3的热导率相差较小，相比纯混凝土仍具有较好的保温性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F005图5不同ABS塑料混凝土的保温性能Fig.5Thermal insulation performance of different ABS plastic concretes2.5塑料混凝土的力学性能图6为不同ABS塑料混凝土的抗压强度与抗折强度。从图6可以看出，对比样的抗压强度最大，为47.63 MPa，是由于河沙相比ABS具有更高的硬度所导致。随着ABS含量的增加，ABS混凝土抗压强度发生下降。FABS混凝土的抗压强度均低于ABS混凝土的抗压强度，FABS-3抗压强度最低，为36.13 MPa，由于FABS具有较多的孔隙结构，受到压力的作用下，孔隙被压缩从而导致抗压强度降低。ASTM C330/C330M-17a规定轻型混凝土的抗压强度最低值为17 MPa[11]，ABS混凝土均满足这一条件。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F006图6不同ABS塑料混凝土的抗压强度与抗折强度Fig.6Compressive strength and flexural strength of different ABS plastic concretes对比样混凝土的抗折强度为6.75 MPa。随着ABS加入量增加，ABS混凝土的抗折强度降低，这由于ABS与混凝土基体之间的结合力较差，受到外力作用时结合界面发生移动，导致抗折强度下降。FABS-2的抗折强度最大，达到7.23 MPa，由于FABS在混凝土基体中分散最均匀。FABS的孔壁在混凝土基体中起桥接作用，受外界应力时能够分解一定的外力，使抗折强度增大。图7为不同ABS塑料混凝土的劈裂抗拉强度。从图7可以看出，随着FABS的增加，FABS混凝土的劈裂抗拉强度呈现先增加后下降的趋势，FABS-2达到最大值，为3.46 MPa。FABS-2的劈裂抗拉强度高于对比样。结合力学性能分析，FABS-2具有最佳的抗折强度以及劈裂抗拉强度，并且其抗压强度也高于混凝土标准值，因此可以用于承重结构。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F007图7不同ABS塑料混凝土的劈裂抗拉强度Fig.7Splitting tensile strength of different ABS plastic concretes2.6塑料混凝土的耐久性通过吸水率、抗硫酸盐腐蚀性以及氯离子通量对不同ABS塑料耐久性进行表征。图8为不同ABS塑料混凝土的吸水率。从图8可以看出，对比样的吸水率为4.03%。FABS-2的吸水率低于对比样，为3.96%，由于适量的FABS使混凝土基体之间结构致密，使水无法渗入混凝土[12]。因此，FABS-2对于水的侵蚀具有较好的阻隔作用，因此耐久性更强。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.F008图8不同ABS塑料混凝土的吸水率Fig.8Water absorption of different ABS plastic concretes基于力学性能以及吸水率分析，FABS混凝土相比ABS混凝土力学性能较好、吸水率较低，因此对不同FABS塑料混凝土进行抗硫酸盐腐蚀性、氯离子通量以及抗冻融实验，表2为不同FABS混凝土耐久性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.008.T002表2不同FABS混凝土的耐久性Tab.2Durability of different FABS concretes样品抗硫酸盐质量损失率/%氯离子通量/C抗冻融质量损失率/%10次25次50次对比样4.136.247.8416871.85FABS-12.414.246.1615231.65FABS-21.622.784.2410261.24FABS-32.063.285.5614581.38从表2可以看出，FABS-2在不同的抗硫酸盐腐蚀中均表现最低的质量损失率，在10、25和50次实验中质量损失率分别为1.62%、2.78%和4.24%，低于规定的5%，说明FABS-2具有抗硫酸腐蚀性能[13]。FABS混凝土的氯离子通量越低，说明其抗氯离子的腐蚀性能越好。FABS-2氯离子通量仅为1 026 C，符合标准值1 000~2 000 C[14]，具有最佳的抗氯离子性能。抗冻融性能方面，FABS-2表现较好的抗冻融能力，经过50次的冻融试验，其质量损失率仅为1.24%，低于其他FABS混凝土。因此，FABS-2具有较好的抗腐蚀性能和较好的耐久性。3结论（1）通过废弃ABS发泡制备FABS，并作为细骨料制备轻质高强度的发泡ABS塑料混凝土。FABS-2表现较好的力学强度，其抗压强度、抗折强度以及劈裂抗拉强度分别为38.65、7.23、3.46 MPa，并且具有较低的密度以及保温性能。（2）耐久性实验证明：FABS-2具有较高的吸水率为3.96%，且在硫酸盐腐蚀和抗氯离子渗透实验中均符合标准值，表明其具有较好的耐久性。FABS-2可以用于轻质高强度结构材料。