再生塑料改性混凝土力学性能研究及数值模拟

再生塑料改性混凝土力学性能研究及数值模拟

赵帅

051002235

摘要：将再生ABS／PC塑料颗粒掺入混凝土中制成塑料改性混凝土，对该改性混凝土进行立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验，研究了不同掺量再生ABS／PC塑料颗粒对混凝土力学性能的影响．基于二维圆形随机骨料模型，运用有限元方法进行单轴压缩细观数值模拟，得到了不同掺量下再生塑料改性混凝土的应力一应变曲线；将单轴压缩强度计算值与实验值进行了对比，结果表明：该方法能很好地模拟计算再生塑料改性混凝土的单轴抗压强度．关键词：再生塑料改性混凝土；力学性能；试验研究；数值模拟

Abstract：In this experiment，different amount of recycled ABS／PC plastic particles were put into the nor—real concrete．The test of strength，axial compressive strength，splitting tensile strength and flexural strength were carried out to study the mechanical performances of the modified con—crete with different content of recycled plastic particles．Based on the two—dimensional random round aggregate model，the finite element method was used to numerically simulate the uniaxial compressive strength of the specimen on meso—level，and the stress—strain curves of modified concrete with different plastic content were obtained．The numerical results were compared with the experiment which showed that this method can well be used to simulate the mechanical characteristics of modified concrete with recycled plastic．Key words：modified concrete with recycled plastic；mechanical performance；test research；numerical sim—U1ation

随着塑料制品工业的飞速发展，大量塑料制品被广泛应用．2001年，全球年消耗塑料材料已经接近i亿t．然而，在塑料制品工业蓬勃发展的同时，必然会伴随大量废弃塑料的产生．2007年中国回收废弃塑料总量就已达1 480多万t．如此大量的废弃塑料污染环境，危害人类健康，必须进行回收再利用．然而，从目前情况看，废弃塑料只是做到了回收，却没有真正做到再利用．国外处理回收废弃塑料的主要方法是丢弃、掩埋、焚烧、或者运往他国．废弃塑料的利用受到越来越广泛的关注，将其破碎成颗粒或粉末直接掺入其他材料中，是废弃塑料回收再利用的最佳选择．Marzouk等将废弃PET瓶破碎成颗粒后按照不同体积替代率将其加入混凝土，结果表明，再生塑料的颗粒粒径、替代率对混凝土性能有重要影响．Kou 等哺I则用再生PVC管颗粒和膨胀黏土制作了非承重轻质混凝土，该混凝土具有密度低、延展性好、低干缩和较高抗氯离子渗透性等良好特性．Panyakapo等将热同性三聚氢胺塑料颗粒、粉煤灰和铝粉等混合研制了塑料轻质混凝土，其密度和强度均满足相关标准要求．Dweik等将三聚氢胺一甲醛替代0～60 0A(质量分数)天然砂，结果表明，当替代率从0增至30％时，混凝土密度随替代率的增大而降低，而抗压强度则随替代率的增大而提高．本文将再生ABS／PC塑料颗粒掺入混凝土中再生塑料改性混凝土(MCRP)，然后对该改性混凝土进行立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验，研究了不同掺量再生ABS／PC塑

料颗粒对混凝土力学性能的影响．采用二维圆形随机骨料模型模拟MCRP细观各相，利用非线性有限元方法，得到了不同掺量下单轴压缩时MCRP的应力应变全曲线．

1 试验概况

1．1试验原材料

水泥：广州石井水泥公司生产的P·S·A矿渣硅酸盐水泥，强度等级为32．5R；水：普通自来水；砂：普通河砂，中砂，连续级配，表观密度为2．610 g／cm3，细度模数2．9；碎石：花岗岩碎石，粒径5～25 ram；塑料颗粒：再生ABS／PC 塑料颗粒，粒径l～2 mm，短柱状，密度为1．100 g／cm3．

1．2试验配合比

将C30普通混凝土作为基材，用再生塑料颗粒部分替代细骨料，其替代率分别为胶结料质量的2％，5％，8％，11％．配合比如表1所示，其中A表示ABS／PC塑料颗粒，0，2，5，8，11表示替代率．

2 MCRP的力学性能

2．1 密度MCRP标准养护28 d后的密度变化如图1所示．由图1可以看出，随着再生塑料颗粒掺量的增加，该改性混凝土的密度有所降低．未掺再生塑料颗粒混凝土密度为2．465 g／cm3，掺11％再生塑料颗粒混凝土密度为2．391 g／em3．这是由于再生塑料颗粒密度小于天然砂所致．

2．2立方体抗压强度

抗压试验采用YE孓3000数显式压力试验机．试件尺寸为：150 minxl50 mm×150 mm，共10组，每组3个试件．试件的立方体抗压强度见表2．由表2可以看出，试件7，28 d立方体抗压强度随着再生塑料颗粒掺量的增加先提高后降低，掺量为5％时达到最大值，分别为32．43，42．27 MPa．而且掺再生塑料颗粒混凝土的抗压强度比普通混凝土高，增幅为3．2％～19．4％．