塑料产品因具有低成本，高性能，加工简便等特点，广泛应用于各行业[1-2]。然而，塑料的大量使用产生较多的废弃物，对自然环境造成严重污染。传统处理废塑料的方式主要包括掩埋、焚烧，但这些方法费时费力，无法从根本上解决废弃物污染问题[3]。目前，通常将废弃塑料作为填充物，添加混凝土中部分替代砂石等材料，制备可浇筑用混凝土材料，既增强复合材料综合性能，也提高塑料废弃物的利用率[4-5]。聚丙烯(PP)作为常用的塑料之一，其综合性能优良，在建筑材料、汽车内饰等方面应用较多，但废弃PP对环境造成严重影响[6]。罗维刚等[7]将废弃PP作为填料加入混凝土中，研究PP对复合材料路用性能的影响。结果表明：PP的加入可以显著提高复合材料的透水性及抗氯离子渗透性，改善材料的路用性能。刘素梅等[8]研究PP的粒径大小及掺杂方式对混凝土的力学性能及抗氯离子渗透性的影响。结果表明：PP的粒径越小，其在复合材料中分散性越好，抗氯离子渗透性越好。本实验将废弃PP部分替代天然砂制备PP混凝土材料，探讨PP的用量对PP混凝土导热系数、保温性能、抗压强度以及耐久性的影响。1实验部分1.1主要原料聚丙烯(PP)，P405，湖北科普达新材料有限公司；硅酸盐水泥，P.C236，芜湖海螺型材科技股份有限公司；天然砂，细度模数2.97，芜湖采砂厂；人工碎石，最大粒径40 mm，江西科盈建筑材料有限公司。1.2仪器与设备电动旋转搅拌机，JT-36，无锡新灵仪器设备公司；抗压强度试验机，CMT350，浙江鑫海实验仪器公司；热导率测试仪，HC-110，江苏精工仪器制造厂；真空饱水机，XRT-64，江南仪器制造厂；热重分析仪(TG)，TGA-105，上海米远电气有限公司。1.3样品制备按照JGJ/T 221—2010的相关规定进行制备。表1为PP混凝土的混合比。将天然砂、硅酸盐水泥按照表1的配比投入搅拌器干拌3~5 min，加入PP，待PP和天然砂、硅酸盐水泥等其他材料均匀混合，加入水，搅拌均匀入模、振捣、抹平，养护24 h，拆模继续标准养护，制成PP混凝土备用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.T001表1PP混凝土的混合比Tab.1Mixing ratio of PP concrete成分PP-0PP-5PP-10PP-15PP-20PP-25水100100100100100100天然砂480475470465460455PP0510152025硅酸盐水泥360360360360360360gg1.4性能测试与表征抗压强度测试：按GB/T 50081—2002进行测试，样品尺寸为100 mm×100 mm×80 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×80 mm。导热系数测试：样品直径50 mm，厚度5.0 mm。样品在夹具中进行测量，接触压力为414 kPa。保温性能测试：将不同比例的PP混凝土浇筑为厚度3 cm的板，并组装为尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的建筑模型，模型内部放置电子温度计记录内部温度，并在模型上方垂直20 mm处放置功率为3 000 W的热源装置。实验初始，打开热源装置，加热4 h，关闭热源装置，记录0~8 h内模型内部的温度变化。抗盐冻性能测试：样品尺寸为50 mm×50 mm×80 mm，将样品置于质量分数为5%的硫酸钠溶液中，浸泡24 h，取出烘干，冷却后称质量，如此为一个循环。循环次数分别为50、100、150、200次，记录样品的质量损失率。SEM分析：样品低温脆断、表面喷金后观察断面形貌。氯离子电通量测试：按ASTM C1202—97进行测试，样品长度50 mm、直径100 mm。将试件置于真空饱水机真空饱水，测试电压60 V，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作为试件的电通量。2结果与讨论2.1保温性能分析保温隔热是建筑材料的重要性能之一，可以通过导热系数指标衡量。图1为PP的用量与复合混凝土导热系数之间的关系。从图1可以看出，随着PP用量的增加，复合混凝土的导热系数呈现降低趋势。PP-0的导热系数为0.194 W/(m·K)，PP-25的导热系数为0.085 W/(m·K)。导热系数降低主要是PP的导热系数较低，其作为填料能够降低混凝土材料整体的导热系数。此外，PP与混凝土基体之间结合较差，PP与混凝土基体形成一定的微小孔隙，并且随着PP的增加，孔隙数目增大，并且空气的导热系数较低，从而使得PP塑料混凝土的导热系数逐渐下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F001图1PP用量对混凝土导热系数的影响Fig.1Effect of PP dosage on thermal conductivity of PP concrete图2为PP混凝土的保温性能结果。从图2可以看出，随着外部温度的升高，建筑模型内部温度也逐渐升高，PP-0模型内的温度增加较快，2 h时稳定温度达到最高，为48.8 ℃。关闭加热装置，PP混凝土内部温度下降较快；7.25 h时与外界温度保持一致，说明其保温效果较差。而随着PP含量的增加，混凝土的导热系数逐渐下降，体现较好的保温性能。PP-25在4 h达到最高稳定温度为48.9 ℃，8 h时温度仍保持在31.8 ℃。因此，混凝土掺入一定的PP塑料有助于提高其保温性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F002图2PP混凝土的保温性能Fig.2Thermal insulation performance of PP concrete2.2力学性能分析抗压强度与抗折强度是衡量PP混凝土承受外力载荷的重要指标。图3为不同PP用量的复合材料常温下(25 ℃)的抗压强度与抗折强度。从图3可以看出，PP用量为0时，混凝土的抗压强度为53 MPa，抗折强度为7.9 MPa。然而随着PP含量的增加，混凝土材料的抗压强度以及抗折强度均逐渐下降。PP-25的抗压强度以及抗折强度分别为42 MPa和6.2 MPa。原因是PP作为一种塑性材料，其与砂子之间的填充以及黏结作用较差，使混凝土的强度降低。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F003图3PP用量对抗压强度和抗折强度的影响Fig.3Effect of PP dosage on compressive strength and flexural strength折压比越大，材料的韧性越好。根据图3中的抗压强度以及抗折强度对不同PP混凝土的折压比进行计算，图4为不同PP混凝土材料的折压比。从图4可以看出，PP-10具有最高的折压比0.15，说明PP-10具有最佳的韧性。且PP-10的抗压强度以及抗折强度分别为50 MPa和7.5 MPa，相比PP-0下降幅度较小。根据JG/T 266—2011中规定的抗压强度(＞20 MPa)，说明PP-10混凝土材料具有一定的应用价值，可以实现废弃塑料回收利用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F004图4不同PP混凝土的折压比Fig.4Folding pressure ratio of different PP concrete2.3耐高温性分析建筑材料长期受到阳光直射，耐高温性是保障材料使用安全的重要指标之一。本实验将温度设置为500 ℃，并保持5 h，测试混凝土材料的强度值的变化，表2为测试结果。从表2可以看出，高温实验5 h后，复合材料的抗压强度以及抗折强度与常温下相比均呈现降低趋势。PP用量大于10 g时，复合材料的抗压强度与抗折强度显著降低，抗压强度下降率均超过10%，抗折强度下降均超过5%，原因主要是高温下PP降解，使混凝土材料的内部结构发生变化。PP掺量为0~10 g时，混凝土的强度主要由水泥基体决定，因此强度下降较小[9]。PP用量≤10 g，能够获得具有较好耐高温强度的混凝土材料。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.T002表2不同PP混凝土的耐高温测试Tab.2High temperature test of different PP concrete样品常温抗压强度/MPa高温抗压强度/MPa抗压强度下降/%常温抗折强度/MPa高温抗折强度/MPa抗折强度下降/%PP-053505.667.97.72.53PP-552487.697.67.42.63PP-1050468.007.57.24.0PP-15484212.507.16.67.04PP-20453913.336.76.18.96PP-25423614.296.25.412.90图5为PP-10复合材料在常温初始状态及500 ℃条件下的SEM照片。从图5可以看出，常温下复合材料表面较为平整；温度升高后，复合材料表面出现较多的沟壑及孔道，使复合材料的抗压强度减弱。这是由于PP熔点接近160 ℃，500 ℃时PP降解，混凝土表面形成的孔道结构影响复合材料的紧密结构，使PP-10在高温下抗压强度逐渐下降。尽管PP-10的抗压强度与PP-0和PP-5相比略有降低，但是PP-10的抗压强度仍然满足规定值。图5不同温度下PP混凝土的SEM照片Fig.5SEM images of PP concrete at different temperatures10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F5a1（a）常温条件10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F5a2（b）500 ℃条件2.4耐久性分析混凝土材料的耐久性可通过测试材料的抗盐冻性能以及氯离子电通量进行表征。图6为PP混凝土在不同冻融次数下的质量损失率。从图6可以看出，随着冻融次数的增加，混凝土的质量损失率逐渐增大，并且PP-25达到最大值，150次冻融后质量损失达到6.9%。而PP含量≤10 g时，PP混凝土的质量损失率均低于5%。根据冻融试验标准中规定质量损失率低于5%，说明PP含量在≤10 g时，混凝土具有最好的抗冻融性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F006图6PP混凝土的抗盐冻性能Fig.6Salt freeze resistance of PP concrete混凝土材料的氯离子电通量可以表示材料抗渗透性能的优劣。图7为PP混凝土材料的抗渗透性能。从图7可以看出，随着PP含量的增加，混凝土材料的氯离子电通量逐渐增加，说明混凝土的抗渗透性能降低。这是由于PP塑料含量增多，与混凝土基体之间的黏结较差，从而导致混凝土中孔隙更多，因此降低抗渗透性能。然而，PP含量在0~10 g时，尽管混凝土的抗渗透性能随着PP含量的增加而降低，然而氯离子电通量均处于1 000~2 000 C范围内[10]，满足混凝土氯离子渗透实验标准，说明此含量下混凝土可以作为浇筑用混凝土材料。因此，最佳配方样品为PP-10，能够使废弃塑料最大化利用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.004.F007图7PP混凝土的抗渗透性能Fig.7Permeability resistance of PP concrete3结论（1）采用PP部分替代天然砂，制备PP复合混凝土，随着PP用量的增加，PP混凝土材料的导热系数呈现降低的趋势。（2）力学性能方面，抗压强度与抗折强度随着PP用量的增加逐渐降低，PP-10的抗压强度与抗折强度分别为50 MPa和7.5 MPa，并且PP-10具有较好的韧性。（3）高温实验5 h后，尽管复合材料的强度呈现不同程度的降低，PP-10仍表现较好的耐高温稳定性，抗压强度下降小于10%，抗折强度下降小于5%。（4）耐久性方面，PP-10抗冻融实验质量损失率低于5%，氯离子电通量保持在1 000~2 000 C之间，均满足相关标准值。