回收聚苯乙烯泡沫碎粒对水泥基填缝剂性能影响的研究

李 莎，房 猛，王 丹，李 巧

(华新水泥股份有限公司，武汉 430073)

互联网的飞速发展改变了人们的消费方式，电商兴起，网购盛行，催热了快递行业的发展。商家为了减免商品在运输过程中的损害，提高好评率，每一个里三层外三层包装的包裹背后，是堆积如山的白色垃圾。包装中常用的聚苯乙烯泡沫在自然条件下极难降解，会对几辈人甚至十几辈人的生存环境产生影响。对此，世界各国致力于其替代品的研究，然而在其替代品能完全工业化之前，且结合我国实际情况，在未来相当长的一段时间里，关键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颗粒应用于砂浆产品的研究中，绝大多数都是配制轻质保温类材料[4，5]，鲜少用于填缝产品。水泥基填缝剂产品中，白色是国内市场最主流的选择。聚苯乙烯破碎颗粒白度高，如果能将白色垃圾变“白”为宝，是一项很有意义的工作。将废弃聚苯乙烯泡沫机械破碎，回收粒径小于1.5 mm的碎粒，以不同比例添加至水泥基填缝剂中，探讨其对填缝剂性能的影响，为白色垃圾回收再利用于砂浆产品中提供一点新方向。

1 试 验

1.1 试验用原料

1)回收聚苯乙烯泡沫碎粒：黄石某加工厂机械破碎后回收粒径小于1.5 mm碎粒，性能参数列于表1；

表1 回收聚苯乙烯泡沫碎粒的性能参数

2)PW52.5白水泥：阿尔博波特兰(安庆)有限公司，白度78，28 d抗折强度8.3 MPa，28 d抗压强度55.1 MPa；

3)重钙粉：河北燕西矿产品加工厂，200目和325目，白度均为85；

4)可再分散乳胶粉：德国瓦克8034H。

1.2 试验方法

采用水泥基填缝剂基础配比，配合比参数详见表2，试验编号A0至A5即单吨依次添加0 L、100 L、200 L、300 L、400 L和500 L的聚苯乙烯泡沫碎粒。依照《陶瓷墙地砖填缝剂》(JC/T 1004—2006)的要求拌和、成型、养护试件并进行标准试验条件下抗折抗压强度、冻融循环后抗折抗压强度、吸水量和收缩值检测。密度测试依据《建筑砂浆基本性能测试方法》(JC/T 1004—2006)进行；白度采用上海昕瑞牌WSB-2A白度计测试。

表2 水泥基填缝剂基础配合比

2 结果与讨论

2.1 不同添加比例对水泥基填缝剂工作性能的影响

回收聚苯乙烯泡沫碎粒在不同添加比例情况下试配的水泥基填缝砂浆的工作性能检测结果列于表3。由表3可知，由A0到A5，随着聚苯乙烯泡沫碎粒掺量的增加，填缝剂的白度变化不大，即施工后不会出现肉眼可见的明显色差；干密度和湿密度逐渐降低，是因为聚苯乙烯泡沫碎粒的容重远低于体系中其他材料，所以降低砂浆密度作用显著。

表3 工作性能结果

2.2 不同添加比例对水泥基填缝剂力学性能的影响

图1为不同聚苯乙烯泡沫碎粒添加比例的水泥基填缝剂样品在标准试验条件下和25次冻融循环后的抗折强度、抗压强度曲线图。如图1所示，随着聚苯乙烯泡沫碎粒掺量的增加，填缝剂样品在标准试验条件和冻融循坏后的抗折、抗压强度均逐渐降低；当碎粒掺量超过400 L/t时，冻融循环后的A4和A5试样不满足抗折强度大于2.50 MPa、抗压强度大于15.0 MPa的要求。

2.3 不同添加比例对水泥基填缝剂吸水量的影响

图2为不同聚苯乙烯泡沫碎粒添加比例的水泥基填缝剂样品的吸水量曲线图。如图2所示，当聚苯乙烯泡沫碎粒添加量较低时，如A1至A3填缝剂样品的30 min吸水量较A0变化不大，240 min吸水量较A0略有增加，均满足低吸水-改进型-水泥基填缝剂要求；而当聚苯乙烯泡沫碎粒添加量继续提高，A4和A5填缝剂样品30 min、240 min的吸水量均显著增大，符合普通型-水泥基填缝剂要求，但不满足低吸水-改进型-水泥填缝剂要求。由于试验所用的聚苯乙烯泡沫碎粒，粒径大于1 mm样品中大部分为表面光滑且封闭的球形颗粒，而粒径小于1 mm样品中大部分为不规则形状，表面具有一定的开放性孔隙，因此当碎粒掺量较低时，砂浆体系中的憎水型乳胶粉可以改善浆体内部微观孔道的表面极性而维持填缝剂整体较低的吸水量；而随着掺量增大，孔洞结构被破坏的碎粒大量吸水，导致填缝剂整体吸水量增大。

2.4 不同添加比例对水泥基填缝剂收缩性能的影响

图3为不同聚苯乙烯泡沫碎粒添加比例的水泥基填缝剂样品的收缩曲线图。如图3所示，所有样品的28 d收缩值都满足水泥基填缝剂标准中小于3.0 mm/m的要求；并且在固定加水量的情况下，随着聚苯乙烯泡沫碎粒添加量的增大，填缝剂样品的收缩值先减小后增大，A3试样的28 d收缩值最小为1.7 mm/m。掺入聚苯乙烯泡沫碎粒的水泥基填缝剂硬化后可简化看成由水泥石、聚苯乙烯泡沫碎粒和孔隙组成，水泥石包裹在泡沫碎粒表面。从A0到A5，水泥胶材用量不变，聚苯乙烯泡沫碎粒增多，即水泥石在砂浆体系中的比例降低，一方面水泥浆体的收缩对砂浆产生收缩的影响逐渐减弱；但另一方面，水泥石不能将泡沫碎粒间的孔隙全部填充满，未完全参与水化的水分会存留在这些孔隙中，而这一部分水会逐渐蒸发，砂浆体系留有的孔隙逐渐增多，导致砂浆收缩增大。

3 结 论

a.随着聚苯乙烯泡沫碎粒掺量的增加，水泥基填缝剂的白度变化不大，干密度和湿密度逐渐降低。

b.随着聚苯乙烯泡沫碎粒掺量的增加，水泥基填缝剂在标准试验条件和冻融循坏后的抗折、抗压强度均逐渐降低，吸水率逐渐增大，收缩值先减小后增大。

c.外掺入300 L/t聚苯乙烯泡沫碎粒时，水泥基填缝剂收缩值达到最小值1.7 mm/m，且符合JC/T 1004—2006标准中低吸水-改进型-水泥基填缝剂要求。