回收聚苯乙烯泡沫碎粒對水泥基填縫劑性能影響的研究

李 莎，房 猛，王 丹，李 巧

(華新水泥股份有限公司，武漢 430073)

互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展改變了人們的消費方式，電商興起，網(wǎng)購盛行，催熱了快遞行業(yè)的發(fā)展。商家為了減免商品在運輸過程中的損害，提高好評率，每一個里三層外三層包裝的包裹背后，是堆積如山的白色垃圾。包裝中常用的聚苯乙烯泡沫在自然條件下極難降解，會對幾輩人甚至十幾輩人的生存環(huán)境產(chǎn)生影響。對此，世界各國致力于其替代品的研究，然而在其替代品能完全工業(yè)化之前，且結(jié)合我國實際情況，在未來相當(dāng)長的一段時間里，關(guān)鍵是做好聚苯乙烯泡沫的回收利用[1-3]。

破碎的聚苯乙烯泡沫顆粒應(yīng)用于砂漿產(chǎn)品的研究中，絕大多數(shù)都是配制輕質(zhì)保溫類材料[4，5]，鮮少用于填縫產(chǎn)品。水泥基填縫劑產(chǎn)品中，白色是國內(nèi)市場最主流的選擇。聚苯乙烯破碎顆粒白度高，如果能將白色垃圾變“白”為寶，是一項很有意義的工作。將廢棄聚苯乙烯泡沫機械破碎，回收粒徑小于1.5 mm的碎粒，以不同比例添加至水泥基填縫劑中，探討其對填縫劑性能的影響，為白色垃圾回收再利用于砂漿產(chǎn)品中提供一點新方向。

1 試 驗

1.1 試驗用原料

1)回收聚苯乙烯泡沫碎粒：黃石某加工廠機械破碎后回收粒徑小于1.5 mm碎粒，性能參數(shù)列于表1；

表1 回收聚苯乙烯泡沫碎粒的性能參數(shù)

2)PW52.5白水泥：阿爾博波特蘭(安慶)有限公司，白度78，28 d抗折強度8.3 MPa，28 d抗壓強度55.1 MPa；

3)重鈣粉：河北燕西礦產(chǎn)品加工廠，200目和325目，白度均為85；

4)可再分散乳膠粉：德國瓦克8034H。

1.2 試驗方法

采用水泥基填縫劑基礎(chǔ)配比，配合比參數(shù)詳見表2，試驗編號A0至A5即單噸依次添加0 L、100 L、200 L、300 L、400 L和500 L的聚苯乙烯泡沫碎粒。依照《陶瓷墻地磚填縫劑》(JC/T 1004—2006)的要求拌和、成型、養(yǎng)護試件并進行標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下抗折抗壓強度、凍融循環(huán)后抗折抗壓強度、吸水量和收縮值檢測。密度測試依據(jù)《建筑砂漿基本性能測試方法》(JC/T 1004—2006)進行；白度采用上海昕瑞牌WSB-2A白度計測試。

表2 水泥基填縫劑基礎(chǔ)配合比

2 結(jié)果與討論

2.1 不同添加比例對水泥基填縫劑工作性能的影響

回收聚苯乙烯泡沫碎粒在不同添加比例情況下試配的水泥基填縫砂漿的工作性能檢測結(jié)果列于表3。由表3可知，由A0到A5，隨著聚苯乙烯泡沫碎粒摻量的增加，填縫劑的白度變化不大，即施工后不會出現(xiàn)肉眼可見的明顯色差；干密度和濕密度逐漸降低，是因為聚苯乙烯泡沫碎粒的容重遠低于體系中其他材料，所以降低砂漿密度作用顯著。

表3 工作性能結(jié)果

2.2 不同添加比例對水泥基填縫劑力學(xué)性能的影響

圖1為不同聚苯乙烯泡沫碎粒添加比例的水泥基填縫劑樣品在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下和25次凍融循環(huán)后的抗折強度、抗壓強度曲線圖。如圖1所示，隨著聚苯乙烯泡沫碎粒摻量的增加，填縫劑樣品在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件和凍融循壞后的抗折、抗壓強度均逐漸降低；當(dāng)碎粒摻量超過400 L/t時，凍融循環(huán)后的A4和A5試樣不滿足抗折強度大于2.50 MPa、抗壓強度大于15.0 MPa的要求。

2.3 不同添加比例對水泥基填縫劑吸水量的影響

圖2為不同聚苯乙烯泡沫碎粒添加比例的水泥基填縫劑樣品的吸水量曲線圖。如圖2所示，當(dāng)聚苯乙烯泡沫碎粒添加量較低時，如A1至A3填縫劑樣品的30 min吸水量較A0變化不大，240 min吸水量較A0略有增加，均滿足低吸水-改進型-水泥基填縫劑要求；而當(dāng)聚苯乙烯泡沫碎粒添加量繼續(xù)提高，A4和A5填縫劑樣品30 min、240 min的吸水量均顯著增大，符合普通型-水泥基填縫劑要求，但不滿足低吸水-改進型-水泥填縫劑要求。由于試驗所用的聚苯乙烯泡沫碎粒，粒徑大于1 mm樣品中大部分為表面光滑且封閉的球形顆粒，而粒徑小于1 mm樣品中大部分為不規(guī)則形狀，表面具有一定的開放性孔隙，因此當(dāng)碎粒摻量較低時，砂漿體系中的憎水型乳膠粉可以改善漿體內(nèi)部微觀孔道的表面極性而維持填縫劑整體較低的吸水量；而隨著摻量增大，孔洞結(jié)構(gòu)被破壞的碎粒大量吸水，導(dǎo)致填縫劑整體吸水量增大。

2.4 不同添加比例對水泥基填縫劑收縮性能的影響

圖3為不同聚苯乙烯泡沫碎粒添加比例的水泥基填縫劑樣品的收縮曲線圖。如圖3所示，所有樣品的28 d收縮值都滿足水泥基填縫劑標(biāo)準(zhǔn)中小于3.0 mm/m的要求；并且在固定加水量的情況下，隨著聚苯乙烯泡沫碎粒添加量的增大，填縫劑樣品的收縮值先減小后增大，A3試樣的28 d收縮值最小為1.7 mm/m。摻入聚苯乙烯泡沫碎粒的水泥基填縫劑硬化后可簡化看成由水泥石、聚苯乙烯泡沫碎粒和孔隙組成，水泥石包裹在泡沫碎粒表面。從A0到A5，水泥膠材用量不變，聚苯乙烯泡沫碎粒增多，即水泥石在砂漿體系中的比例降低，一方面水泥漿體的收縮對砂漿產(chǎn)生收縮的影響逐漸減弱；但另一方面，水泥石不能將泡沫碎粒間的孔隙全部填充滿，未完全參與水化的水分會存留在這些孔隙中，而這一部分水會逐漸蒸發(fā)，砂漿體系留有的孔隙逐漸增多，導(dǎo)致砂漿收縮增大。

3 結(jié) 論

a.隨著聚苯乙烯泡沫碎粒摻量的增加，水泥基填縫劑的白度變化不大，干密度和濕密度逐漸降低。

b.隨著聚苯乙烯泡沫碎粒摻量的增加，水泥基填縫劑在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件和凍融循壞后的抗折、抗壓強度均逐漸降低，吸水率逐漸增大，收縮值先減小后增大。

c.外摻入300 L/t聚苯乙烯泡沫碎粒時，水泥基填縫劑收縮值達到最小值1.7 mm/m，且符合JC/T 1004—2006標(biāo)準(zhǔn)中低吸水-改進型-水泥基填縫劑要求。