论文部分内容阅读
随着人民生活水平的提高和全球工业化的发展,有越来越多工业民用垃圾如废旧轮胎和废弃的塑料的产生。然而在全球范围内,由于资源利用率低,这些废弃的轮胎橡胶制品和塑料已造成严重的生态威胁。将这些废旧轮胎和废旧塑料经简易的加工制成颗粒状掺入混凝土和水泥砂浆中制成水泥制品,可以一定程度上消耗一部分轮胎和废弃的塑料垃圾。然而,橡胶和塑料颗粒与水泥基体之间的相容性差,使得掺有橡胶和塑料颗粒的混凝土制品的力学性能大大降低,从而限制了这些废旧轮胎和塑料的再利用。本研究通过微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）对废橡胶和塑料表面进行改性,制备了三种涂层等级（即轻度涂层、中度涂层和重度涂层）,以不同MICP技术处理橡胶和塑料颗粒改性的程度,不同的掺量代替砂的用量,对混凝土和水泥砂浆的抗压性能、破坏形态、抗冲击性能、抗折强度、劈裂强度、韧性以及其他工作性能等展开研究,并通过电镜扫描MICP技术处理后碳酸钙在橡胶和塑料表面的附着状态的分析,对MICP技术处理橡胶和塑料进行进一步的分析。本论文的具体研究内容及研究结论如下:（1）本研究建立了一种对橡胶和塑料颗粒MICP技术处理的方法,并且随着MICP处理次数的增加,橡胶和塑料表面上的碳酸钙涂层是呈线性增加的。通过对橡胶和塑料表面不同涂层的SEM测试观察发现,在经过重度涂层表面几乎看不到裸露的橡胶塑料颗粒,其表面被一层厚的碳酸钙涂层包裹。对橡胶和塑料表面不同涂层的XRD测试分析,也反映了生物处理次数并不影响钙晶体的类型,始终生成三种碳酸钙晶型,分别是球霰石、文石和方解石,并且球霰石是主要的碳酸钙晶型。通过傅立叶变换红外光谱FTIR测试分析,经过MICP处理过程前后,并没有改变橡胶和塑料表面的官能团。说明MICP处理是相对于温和,仅是在橡胶和塑料表面沉积碳酸钙,橡胶和塑料颗粒并没有发生根本性的化学改变。（2）橡胶混凝土的力学性能随着橡胶掺量的增加而降低但韧性有所提高,并且橡胶混凝土的力学强度随着MICP处理橡胶的次数的增加而增强。通过对不同MICP技术处理橡胶颗粒改性的程度与不同的掺量代替砂的用量的混凝土和水泥砂浆进行轴压强度试验、抗折强度试验、劈裂抗拉强度试验以及弹性模量试验等,MICP技术处理橡胶最多可使橡胶混凝土的抗压强度提高35%,相较与同水灰比下的普通混凝土的抗压强度还要高。同时MICP技术处理橡胶也进一步提高了橡胶混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度。但在MICP处理次数的增加,从橡胶混凝土的折压比和破坏模式分析,橡胶混凝土在逐渐变脆,韧性有所下降。（3）通过MICP技术处理橡胶,可以提高橡胶与水泥基体之间界面的粘结强度。本研究通过MICP对废橡胶表面进行改性,并通过界面粘结强度试验、无侧限抗压强度（UCS）试验和抗冲击试验,研究了MICP处理对橡胶砂浆力学性能的影响。研究发现,通过MICP处理,碳酸钙可以在橡胶表面沉淀,从而提高橡胶与水泥之间的界面粘结强度,可以使橡胶砂浆的UCS最多提高43%,与普通砂浆相似。然而,经MICP处理的橡胶砂浆易碎,抗冲击性能也在减弱。（4）随着塑料掺量的增加,塑料水泥砂浆的力学性能在逐渐减弱并且韧性是相对提高的,塑料水泥砂浆的力学强度随着MICP处理塑料的次数的增加而增强,经MICP处理的塑料砂浆同样出现了向脆性趋势发展的现象。通过对塑料水泥砂浆的抗压强度试验、抗折强度试验、劈裂抗拉强度试验以及对其破坏模式的分析,可以看到,在塑料掺量为100%时,塑料完全取代了水泥砂浆中的砂,塑料水泥砂浆的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度分别下降了83.6%、59.6%、81.3%。而塑料表面的涂层的增加提高了塑料水泥砂浆的力学性能。在塑料掺量为20%时,轻度涂层、中度涂层、重度涂层的塑料砂浆的抗压强度分别提高10.3%、24.6%、40.3%。这表明通过MICP涂层可以有效的在塑料表面形成有一定粘结强度的碳酸钙涂层,进一步提高塑料水泥砂浆的力学性能。并且重涂层塑料水泥砂浆在破坏后出现与普通水泥砂浆同样的锥形剪切破坏模式,没有出现未处理塑料水泥砂浆那样有大量的碎屑脱落,这一点也证明塑料表面的碳酸钙具有一定锚固作用的观点。