CN104193220A - Pet塑料混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PET塑料混凝土及其制备方法，本发明混凝土包括PET塑料、砂料、沥青等，具有较高的抗压强度、抗折强度以及早期强度，固结时间短等优良性能。PET材料可采用回收的废旧塑料瓶或新生产PET材料；砂料按照砂粒式AC-5进行级配，所述砂料与PET材料的质量比为2:1-3:1。本发明通过优化PET的用量以及集料的级配，有效的提高了PET混凝土的抗压强度、抗折强度以及早期强度，并将此PET混凝土应用于各种早强、高抗冲击与高抗折强度的混凝土结构中。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土结构材料技术，尤其是一种PET混凝土及其制备方法。
背景技术
PET,中文名称:聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂；英文名称:poly(ethylene terephthalate)通常被用于生产塑料饮料瓶、食品包装袋等日常消费类产品。PET塑料作为人类历史上最重要的一项发明，伴随着PET塑料制品应用领域的越来越广泛和塑料制品日益增多，塑料制品造成的污染也成为了当今社会最关注的环境污染问题之一，如何有效的再利用PET塑料材料就变得迫在眉睫。
而将PET应用于混凝土为塑料处理提供了一条崭新的道路，同时还能减少因为采集矿质原料(如烧制水泥等)所带来的环境破坏问题。俄克拉荷马大学尼基(NijiKhoury)等人在《回收塑料瓶制备应用于地质工程的合成土研究》(《Soil Fused with Recycled PlasticBottles for VariousGeo-Engineering Application》)提到将PET和土或者砂子在275℃的条件下加热融化，形成均质的塑料土材料，所采用的PET用量为PET：砂＝1:1。在利用热熔PET制备混凝土方面，尼基等人没有开展研究，也没用涉及用于各种混凝土结构的PET混凝土。
作为一种广泛应用的材料，混凝土在固结速度上和抗折强度上存在着固结速度慢，抗折强度低的问题。在混凝土结构中，例如道路维护，混凝土路面在修补时，材料的强度增长快慢制约着开放交通的时间。早强、耐久的快速修补材料可以缩短道路封闭时间，大大减少对交通的影响。将早期强度、抗冲击强度与抗折强度高的混凝土应用于各种混凝土结构中，具有良好的社会意义和经济意义。因此，利用PET制备，具有较高的抗压强度、抗折强度以及早期强度，适用于各种早强、高抗冲击与高抗折强度的混凝土结构，显得尤为迫切和重要。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种PET塑料混凝土及其制备方法，本发明混凝土包括PET塑料、砂料，具有较高的抗压强度、抗折强度以及早期强度，固结时间短等优良性能。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种PET塑料混凝土，包括PET材料，砂料；PET材料可采用回收的废旧塑料瓶或新生产PET材料；砂料按照表1砂粒式AC-5进行级配，
表1 砂粒式AC-5级配表
按照砂/PET(质量比)＝2:1-3:1比例确定PET塑料的用量。
本发明PET塑料混凝土的制备方法是：
(1)按照级配表中所规定的各个粒径砂的用量称量砂料。
(2)根据不同砂料与PET的质量比，称量PET。
(3)将砂与PET混合,在270℃-290℃温度下加热40min，混合料呈流动状，即可使用。
本发明PET混凝土还可以添加沥青，制作PET塑料砂浆。沥青的添加量为，PET:沥青(质量比)＝1:0.05-0.1。制备方法为：
(1)按照级配表中所规定的各个粒径砂的用量称量砂料。
(2)根据不同砂料与PET的质量比，称量PET。根据PET用量确定称量沥青的用量。
(3)将砂与PET混合,在270℃-290℃温度下加热40min，混合料呈流动状。
(4)加入沥青，继续加温拌合5-10min，拌合均匀后即可使用。
本发明通过优化PET的用量以及集料的级配，有效的提高了PET混凝土的抗压强度、抗折强度以及早期强度，并将此PET混凝土应用于各种早强、高抗冲击与高抗折强度的混凝土结构中。
本发明考察了沙和PET及沥青配合比，研究了PET塑料混凝土试件的抗压，抗折强度、吸水率等各方面的性能：
1、按照级配制作的PET塑料混凝土试件的抗压强度比单一粒径的PET塑料混凝土的抗压强度高出大约一倍。并且确定砂石料与PET材料的比值在3:1-4:1左右为最佳比值。
2、PET混凝土在固结时间和前期强度方面远远优于单一混凝土材料。
3、加入沥青和沥青的用量会对PET混凝土试件的抗压强度有所增加，但随着沥青用量的增加会使试件的抗压强度有所减少。
本发明研究了一种新的再生利用废旧PET塑料瓶的途径，所制成的塑料砂浆用于道路快速修补技术。将对废旧塑料以及废旧塑料作为混凝土掺料的各项实验性能进行试验研究，从而制作以废旧塑料瓶、沥青以及砂为主要原料配制用于快速修补破损混凝土路面的聚合物改性塑料砂浆。
本发明的有益效果是：
1、本发明解决了PET塑料(聚对苯二甲酸乙二醇酯)回收再利用程度过低的问题，减少环境污染。
2、解决了混凝土固结速度过慢，前期强度低的问题。本发明PET混凝土在固结时间和前期强度方面远远优于单一混凝土材料。
3、解决了混凝土抗折强度低的问题。
附图说明
图1本发明所用砂料筛分级配曲线图；
图2不同砂料与PET质量比的混凝土抗压强度曲线图；
图3砂料级配曲线与单一粒径的混凝土抗压强度曲线图；
图4不同龄期混凝土的抗压强度柱形图；
图5不同沥青添加量的抗压强度柱形图。
具体实施方式
实施例1
1、材料配方：
①所用PET为废旧塑料瓶，使用前，去掉标签以及瓶盖，得到较为纯净的PET材料，将瓶子粉碎成PET碎片后，清洗并烘干备用。
②砂料
所用砂子为普通河砂，其基本性能如表2所示。对于小于0.075mm部分的用料，选用矿粉进行替代。
表2 沙的各项性能
| 性能 | |
| 容重(g/cm3) | 2.40 |
| 吸水率(％) | 2.76 |
| 最大粒径(mm) | 4.75 |
采用各个累计通过百分率范围的中值作为砂子的级配，每100g集料中，各个粒径的砂子所用的质量如表3所示。
表3 各粒径砂所用的质量
所用的砂的级配根据《公路沥青路面施工技术规范》中砂粒式AC-5进行级配设计。图1为所用沙筛分后的上下限和级配曲线图。从图中可以看出，实验采用的级配曲线位于上下限级配区域内，符合级配规范。所用砂石料经过干燥后使用。
按照砂/PET(质量比)＝2:1的比例，准备用料。
2、制备方法：
(1)按照级配表中所规定的各个粒径砂的用量称量砂料。
(2)根据不同砂料与PET的质量比，称量PET。
(3)将砂与PET混合,在270℃-290℃温度下加热40min，混合料呈流动状，即可使用。毛体积密度kg/m32000
实施例2
与实施例1不同之处在于，按照砂/PET(质量比)＝3:1比例制备PET混凝土。
实施例3
1、材料配方
与实施例1不同之处在于，按照砂/PET(质量比)＝3:1比例混合，并添加普通70#石油沥青，添加量为PET:沥青＝1:0.05。
2、制备方法：
(1)按照级配表中所规定的各个粒径砂的用量称量砂料。
(2)根据不同砂料与PET的质量比，称量PET。根据PET用量确定称量沥青的用量。
(3)将砂与PET混合,在270℃-290℃温度下加热40min，混合料呈流动状。
(4)加入沥青，继续加温拌合5-10min，拌合均匀后即可使用。
实施例4
与实施例3不同之处在于，按照PET:沥青＝1:0.01添加沥青。
实施例5
与实施例3不同之处在于，按照砂/PET(质量比)＝2:1比例混合，按照PET:沥青＝1:0.07添加沥青。
采用本发明PET混凝土的配方制作PET混凝土试件，并对试件进行抗压强度、抗折试验、吸水率等进行测试。
试件制作步骤如下：
(1)按照已定配合比配置好砂集料以及PET塑料，将砂集料放入烘箱100℃加热，以备实验。
(2)将所需试模等装置放入烘箱100℃加热备用。
(3)将砂集料以及PET塑料拌合后放入电磁炉(烘箱)控制温度(270℃～290℃)加热，期间注意搅拌使其均匀受热。
(4)塑料砂浆快制作好时，将试模，压头从烘箱中取出后立即在试模的底部涂以少量润滑油，并在底部放置纸片。
(5)用小铲将复合成型温度的混合料加入试模中，随之用插刀在周边插捣15次，中间10次。
(6)将装有混合料的试模及垫圈一并至于压力机或千斤顶的平台上，加载3min后卸荷，记载加载荷重。
(7)拆模，然后在室温下冷却18小时后，对试件进行物理以及力学性能的实验。
实验1考察不同砂料与PET质量比的混凝土抗压强度的对比
按照规范对PET塑料混凝土试件进行无侧限抗压试验，使用万能试验机(MicrocomputerControlled Electronic Universal Testing Machine)以0.2MPa/S的加载速率匀速加载至试件破坏。
按照本发明前述方法，砂料采用表1所示的级配曲线设计，采用不同的砂/PET质量比，制作混凝土，每个条件重复三次，测量抗压强度。实验设计及结果见表4及图2：
表4 不同砂料与PET质量比的混凝土抗压强度
可以看出随着沙石与PET塑料比值的增加，抗压强度也增加。1:1配比的塑料砂浆试件的抗压强度远远低于其他配比的塑料砂浆试件。当配比从1:1增加到1:2时，塑料混凝土的抗压强度增加了56.6％，配比为1:3的试件比配比为1:2试件提高了6％，配比为1:4试件比1:3试件提高了近10％从而塑料混凝土抗压强度达到最高值35.7MPa。但这种砂浆流动性在所有种类中是最差的，并且在制件时很难压实。因此，选取砂料/PET的质量比在2:1和3:1之间。
实验2考察砂料级配曲线与单一粒径的混凝土性质对比
按照本发明前述方法，考察表1所示砂料级配曲线与常用的1.18单一粒径和2.36单一粒径，在采用不同的砂/PET质量比的情况下的抗压强度。实验设计及结果见表5及图3：
表5 砂料级配曲线与单一粒径的混凝土抗压强度
用1.18，2.36单一粒径制作的试件和按照级配曲线的试件相比，前者抗压强度明显小于后者，这是由于采用单一粒径，沙粒之间的空隙比采用级配的沙粒间空隙大，而这些空隙通过PET塑料填充，当温度从接近300℃冷却至室温(20℃)时，PET塑料的收缩度远远大于沙石的收缩程度，从而在试件内产生更多的裂缝，当试件受压时，细小裂缝变大从而造成试件破坏。故在后续试验中不再考虑单一粒径级配。而配比为1:4的塑料砂浆加热温度高，制作难度较大，施工工艺要求高，故不采用1:1和1:4的级配。
实验例3考察抗压强度与龄期的关系
以砂料/PET(质量)3:1为例，研究了抗压强度与龄期的关系，实验设计及结果见表6及图4：
表6 不同龄期的抗压强度
由表6和图4可以看出塑料混凝土在养护3小时后就能够达到最后强度的90％大小。塑料混凝土的这种特点主要是由于其中的PET塑料在室温下从液态向固态的迅速转换。养护后3小时到6小时，试件的强度基本没有变化。从6小时到18小时，试件的抗压强度仅仅增加了8.1％。在养护18小时时候，试件的抗压强度接近最终抗压强度。从而大大改善单一混凝土材料前期强度低，固结慢的缺点。
实验例4考察加入沥青的量对抗压强度的影响
以砂料/PET(质量)3:1为例，研究了加入沥青的量对抗压强度的影响，实验设计及结果见表7和图5：
表7 不同沥青添加量的抗压强度
由上述表格可以看出掺入沥青的试件抗压强度会随着沥青的掺加量增多而呈现下降趋势，当掺加量较少的时候，掺加沥青的试件抗压强度会高于没有搀加沥青的试件抗压强度。产生这种情况的原因是因为少量沥青增加试件内部结合度，当添加入沥青量增多时，由于沥青本身的流动性会对试件本身抗压强度造成影响。所以本发明PET混凝土中沥青添加量为5％-10％。
实验例5考察PET混凝土的吸水率
考察砂料/PET(质量)2:1和3:1的混凝土的吸水率，结果见表8：
表 8PET混凝土的吸水率
本发明PET混凝土的吸水率＜1％，符合相关标准要求。
实验例6考察PET混凝土的抗折性能
按照本发明配方，制作40mm×40mm×160mm的PET增强塑料混凝土试件，进行抗折试验，材料准备和砂浆制作与抗压试验试件基本相同。对配比为2:1和3:1的试件进行抗折试验，并对抗折试验后的试模进行抗压试验，试验参照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(T0506-2005)，以准确确定其力学性能。制作砂浆的试模尺寸为40mm×40mm×160mm，加载速度为0.02MPa/s～0.05MPa/s.记录最大荷载。
表9 抗折强度数据表a
表10 抗折强度数据表b
由上表可以看出：
(1)沙石和PET塑料配比为3:1的塑料混凝土试件抗折强度为7.19MPa，而配比为2:1的塑料混凝土抗折强度为5.56MPa，而前者的抗折强度要比后者的抗折强度增加了29.3％左右。这种趋势和塑料混凝土在抗压试验中表现的大致相同。
(2)试件中添加沥青后会对试件的抗折强度有所提升，并且随添加量的增多抗折强度也会有所增加。这是因为沥青本身的韧性很高，从而沥青的加入会对试件整体的抗折强度有所增强。
Claims (6)
1.一种PET塑料混凝土，其特征是，包括PET材料，砂料；所述砂料与PET材料的质量比为2:1-3:1。
2.如权利要求1所述的PET塑料混凝土，其特征是，所述砂料按照砂粒式AC-5进行级配。
3.如权利要求1或2所述的PET塑料混凝土的制备方法，其特征是，步骤如下：
(1)按照级配表中所规定的各个粒径砂的用量称量砂料；
(2)根据不同砂料与PET的质量比，称量PET；
(3)将砂与PET混合,在270℃-290℃温度下加热40min，混合料呈流动状，即可使用。
4.如权利要求1或2所述的PET塑料混凝土，其特征是，所述混凝土还包括沥青，PET材料与沥青的质量比为1:0.05-0.1。
5.如权利要求4所述的PET塑料混凝土的制备方法，其特征是，步骤如下：
(1)按照级配表中所规定的各个粒径砂的用量称量砂料；
(2)根据不同砂料与PET的质量比，称量PET；根据PET用量确定称量沥青的用量；
(3)将砂与PET混合,在270℃-290℃温度下加热40min，混合料呈流动状；
(4)加入沥青，继续加温拌合5-10min，拌合均匀后即可使用。
6.如权利要求1或4所述的PET混凝土，其特征是，可用于道路快速修补。
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Cited By (3)
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| CN113185205A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-07-30 | 上海繁荣道路建设工程有限公司 | 一种环保型冷拌再生沥青混合料、其制备方法及应用 |
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2014
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