廢塑料再生磚及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析

林 瀅 聶憶華 李潤瑤 陳詩琦 李 臻

（湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院）

0 引言

近年來經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展也使塑料制品的需求量增加，廢棄塑料制品的回收和處理帶給社會新的挑戰(zhàn)。為提高廢棄塑料的再生利用率，近年來國內(nèi)外不少學(xué)者將不同種類的廢塑料制作成磚塊，或添加到混凝土中制成砌塊，并研究其力學(xué)性能的變化規(guī)律，探究廢塑料再生為建材的可行性。將廢塑料“變身”的關(guān)鍵在于要使其成品符合磚或砌塊的各項(xiàng)基本指標(biāo)，并能夠投入生產(chǎn)，且建成的建筑有安全保障，而非單純地以消耗廢棄塑料為目的。

1 廢塑料再生磚

常見的塑料種類有PP、PE、PET、PVC 等，大部分都屬于熱塑性材料，回收后能夠再次加熱熔融，重塑再造成需要的產(chǎn)品。目前廢棄塑料的回收再生已經(jīng)有了較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)化流程，但再生后的塑料無法再次應(yīng)用到與食品相關(guān)的產(chǎn)品上，因此其去向有了很大的限制。塑料作為一種高分子材料，與傳統(tǒng)建材相比具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小，韌性好、耐腐蝕等優(yōu)勢。再生塑料建材的出現(xiàn)不僅能夠解決大量廢棄塑料的去向，還能緩解黏土、河砂、石料等建筑原料緊缺問題，并有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

廢塑料再生磚是指將廢棄的各類塑料制品，主要為熱塑性塑料，回收后進(jìn)行清洗、干燥、破碎等工序，利用機(jī)器和指定模具在高溫高壓或蒸汽壓力下壓縮成磚。通常還加入其它材料減少塑料用量，改善性能，例如河沙、砂石、橡膠等，與塑料混合后形成混合材料再進(jìn)一步加工成磚。將廢塑料破碎再生為粒徑在5mm 以下的顆粒加入混凝土中，替代一部分細(xì)骨料，或?qū)⑺芰项w粒直接與水泥混合制成非燒結(jié)磚，也是廢塑料再生磚的常見品種。

2 品種特性及應(yīng)用分析

近年來國內(nèi)外對于廢塑料再生磚的研發(fā)及應(yīng)用較少，根據(jù)主要組成成分不同，可分為以下幾種具有代表性的廢塑料再生磚品種，各品種的特性和應(yīng)用略有不同，如表1 所示。

表1 代表性廢塑料再生磚品種

由表1 分析可知，目前廢塑料再生磚主要有純廢塑料與混合廢塑料兩類，廢塑料類型多選用PET、PP 等熱塑性塑料。廢塑料再生磚的形狀、結(jié)構(gòu)靈活多變，顏色可選性強(qiáng)。廢塑料還可作為骨料代替混凝土中的部分砂石，并使其保溫性能有所提升。但廢塑料再生磚的應(yīng)用多為強(qiáng)度較低的鋪路磚、停車場鋪路磚以及低矮平房等簡單的建筑結(jié)構(gòu)上，在高層建筑以及橋梁工程上的應(yīng)用極少。其主要原因可能有：

⑴再生磚強(qiáng)度偏低，達(dá)不到高層建筑的要求；

⑵施工采用榫卯結(jié)構(gòu)連接方式強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差；

⑶安全性和耐久性仍有待驗(yàn)證；

⑷純塑料磚須考慮防火問題。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中并無塑料建材的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)廢塑料再生磚目前的應(yīng)用領(lǐng)域和所屬建材類型，查詢有關(guān)的砌墻磚、路面磚、非燒結(jié)磚、砌塊等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析后，本文將其中的關(guān)鍵指標(biāo)摘出，作為廢塑料再生磚參考的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?？筛鶕?jù)廢塑料再生磚的用途選擇相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)與質(zhì)量驗(yàn)收。如表2 所示。

表2 廢塑料再生磚參考技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)

傳統(tǒng)燒結(jié)磚、水泥、混凝土等材料為不可燃物，因此標(biāo)準(zhǔn)中均未考慮防火指標(biāo)。但塑料作為高分子材料，具有可燃性，尤其純塑料類磚，必須增加防火性能、安全性能等指標(biāo)。具體可進(jìn)一步參考《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB 50016-2014》、《建筑材料及制品燃燒性能分級GB 8624-2012》、《塑料燃燒性能的測定 水平法和垂直法GB/T 2408-2008》。

4 研究展望

整體上目前國內(nèi)外廢塑料再生磚研究工作開展比較少，主流的研究方向?yàn)閮深悾孩傺兄茝U塑料復(fù)合材料磚；②研制多彩廢塑料再生磚。

在第一類方向上通常將廢塑料與水泥、砂結(jié)合制作成砌墻磚、鋪路磚等。對于廢塑料的選擇，PET 顯然具有絕對的優(yōu)勢。PET 是在廢物流中最容易獲得，并且通常可以回收利用的一種塑料制品，還具有比其他普通聚合物更高的抗壓強(qiáng)度和耐蠕變性，因此非常適合作為制磚的目標(biāo)材料。PET 由于結(jié)構(gòu)芳香環(huán)的存在，使其具有高度穩(wěn)定性和抗光氧化性，從而減少了老化過程中暴露在環(huán)境條件下釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物的數(shù)量，與經(jīng)歷模擬風(fēng)化的其他類型塑料相比數(shù)值非常低，進(jìn)一步說明了PET 作為安全建筑材料的潛力。但在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中使用回收PET 的公開數(shù)據(jù)缺乏，表明未來還需要大量的實(shí)驗(yàn)研究，如在磚的強(qiáng)度等各項(xiàng)性能最佳時(shí)的配合比，以及不同塑料顆粒大小、形態(tài)對于磚性能的影響等方面，都還存在大量的研究空白。

廢塑料混凝土復(fù)合材料的研究也是第一類方向上的一大熱點(diǎn)。研究人員將廢塑料作為骨料或纖維，并進(jìn)行一定的處理后，加入混凝土中，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)塑料骨料（PA）混凝土的強(qiáng)度可以比傳統(tǒng)混凝土高15%，而塑性成分小于1%的塑料纖維（PF）混凝土則具有更高的抗壓、劈拉和彎曲強(qiáng)度。但如何實(shí)規(guī)?；a(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、提高該材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的性價(jià)比仍舊是一個(gè)有待研究的問題。

第二類方向是完全以回收的PET、PP、PE 等品種的廢塑料為原材料，探究在保留其原有色彩的情況下，制作出低成本的裝飾型廢塑料再生磚。目前發(fā)現(xiàn)PET 在二次加工再生中，在高溫熔融態(tài)時(shí)發(fā)生了老化、氧化等問題，不僅材料顏色發(fā)生了巨大的改變，且冷卻硬化后塑料的脆性大大提高，抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)不如常見的燒結(jié)磚與非燒結(jié)磚，因此廢塑料再生磚的加工工藝仍有待研究。

由于塑料制品的可塑性強(qiáng)，可通過設(shè)計(jì)各式模具來實(shí)現(xiàn)各種造型的磚。純塑料磚大多利用榫卯結(jié)構(gòu)或樂高積木的原理進(jìn)行拼接施工，雖然簡易牢固，但是否能夠在大型結(jié)構(gòu)上應(yīng)用仍存在疑問。同時(shí)為使其能夠廣泛地應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，還必須通過添加改性劑或利用其它方式來保證耐火性和安全性。

5 結(jié)論

廢塑料再生磚可大量消耗廢棄塑料制品，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)與節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，與傳統(tǒng)建材相比具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小、韌性好、耐腐蝕等優(yōu)勢，其可應(yīng)用空間大，范圍廣，發(fā)展前景良好。但再生磚的研究還存在大量空白，其強(qiáng)度提升、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝、防火性等是今后的重要研究方向。