（交通运输工程专业论文）土塑复合材料在道路结构中的应用研究.pdf

摘要 该论文针对土塑复合材料在道路结构中的应用进行研究，以废弃塑料、再生 塑料等废弃材料作为再生资源材料进行路用土塑复合材料开发，通过设计、试验 和研究，形成具有良好道路工程价值的结构材料，以土塑袋土结构材料系列、土 塑土工布结构材料系列、土塑纤维土结构材料系列，以及复合再生纤维沥青封条 系列的研究和开发，构成了土塑结构系列材料。土塑结构材料是将塑料性质的材 料与道路土工材料相结合构成的复合材料，从而构成了适应性强、具有土石结构 材料所不具备的特质材料。 本论文主要研究了土塑袋土结构材料、土塑土工布结构材料、土塑纤维土结 构材料在道路工程中的应用，以便有效解决道路地基的稳定性问题和增强问题； 在此基础上进一步延拓封条和焚烧垃圾渣的研发和应用，开发在道路工程建筑材 料方面具有应用价值的土塑复合材料。为解决废弃塑料袋的回收产业拓展了一种 新的途径，同时，该论文成果对公路建设、环境保护具有较大借鉴和指导意义。 关键词：废弃塑料；复合材料；土塑结构；道路结构 a b s t r a c t t h i sp a p e ri st om a k ef u l lu s eo fw a s t ep l a s t i c so rr e c y c l e dp l a s t i c sm a t e r i a lf o r r o a db e do nr e s e a r c h ，d e s i g na n de x p e r i m e n t t h e r ea r ep l a s t i c s - s o i lb a gs t r u c t u r e m a t e r i a l ，p l a s t i c f i b r i n s o i ls t r u c t u r em a t e r i a l ，p l a s t i cg e o t e x t i l es t r u c t u r em a t e r i a la n d e t c t h ep l a s t i c s s o i ls t r u c t u r em a t e r i a li so n ek i n do fc o m p o s i t em a t e r i a l sc o m b i n i n g r o a db e dw i 廿lt h em a t e r i a lo ft h ep l a s t i c st h a tt h e ya r ed i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a l r o c k y s o i lm a t e r i a ls t r u c t u r e ；i th a ss u c hp e r f o r m a n c e 勰m o r ea d a p t a b i l i t y , m o r e i n t e n s i o na n dm o r es t a b i l i t yf o rr o a ds t r u c t u r e t h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s i o ni t su s e f o rr o a db e de n g i n e e r i n go np l a s t i c s s o i lb a gs t r u c t u r em a t e r i a l ，p l a s t i c - f i b r i n s o i l s t r u c t u r em a t e r i a l ，p l a s t i cg e o t e x t i l es t r u c t u r em a t e r i a lt os t r e n g t h e nr o a df o u n d a t i o n e f f e c t i v e l y t h i sr e s e a r c ha l s or e l a t e sw a y so fp u l lw a s t ep l a s t i c sb a g t or o a dm a t e r i a l s ， t h i si so n eg o o dn e wp a t ht om a k ef u l lu s eo fw a s t ep l a s t i c sb a ga n ds o l v e st h er e c y c l e i n d u s t r yo ft h ep l a s t i c sb a g a tt h es a m et i m e ，t h ep a p e ra n di t ss u g g e s t i o nh a s i m p o r t a n ts i g n i f i c a n c eo nr o a dc o n s t r u c t i o na n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n k e yw o r d s ：w a s t ep l a s t i c s ；c o m p o u n dm a t e r i a l s ；p l a s t i c s 。s o i l s t r u c t u r e ；r o a d s t r u c t u r el a y e r 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：o 妨嗜年，肜彦日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学雠文储躲芬仫 日期0 够咯年月二乙日 指导教师签名：4 虢 日期确年f 月i 们 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名：孝协 日期2 弼年f 月勉日 虢弘 日期矾年t l 肌馆 第一章绪 论 第一章绪论弟一早 三百下匕 土塑复合地基结构( c b s l ) 是以道路的地基为主体将废弃塑料、再生塑料改造 成为增强材料，结合土石结构、道路的填筑材料、稳定材料等系列的筑路材料的 系列材料组合设计成为复合材料结构，来达到地基结构层的防护型、排泄渗水和 增强的目的。 1 1 土塑复合地基结构概述 走可持续发展的道路，是二十一世纪的重大课题。本世纪以来，社会生产力的 极大提高和经济规模的空前扩大，创造了丰富的物质财富，这一切极大地推动了 人类文明的进程。然而，自然资源的过度开发与消耗、污染物的大量排放，导致 了全球性的资源短缺、环境污染和生态破坏。联合国( 2 1 世纪行动议程把走可 持续发展的道路，作为各国未来长期共同的发展战略。我国提出了建立可持续发 展的十大技术体系，并把资源节约化、能源清洁化、废物资源化、环境无害化列 为十大技术体系之首；为了实施可持续发展战略，我国编制了中国2 1 世纪议程； 中国环境与发展国际合作委员会( c c i c e d ) 以中国循环经济战略：优先领域与政 策体系和“中国循环经济战略研究 为主题，进一步确定了2 0 2 0 年中国发展循 环经济的总目标可以确定为：通过资源的节约利用、循环使用和废弃物的资源化 再循环利用和无害化处理，使国民经济总产出比2 0 0 0 年翻两番的情况下，主要污 染物排放总量比2 0 0 0 年有所下降，生态环境得到改善，把中国基本建设成资源节 约和环境友好型社会。毫无疑问，公路交通的可持续发展是中国发展事业的一个 重要的组成部分。 “白色污染 主要是指废塑料制品对环境的破坏；废塑料制品进入自然环境 后难以降解而带来的长期环境污染问题：影响农作物；导致动物死亡，对市容景 观和生态环境造成污染和危害。 我国塑料工业是国民经济的支柱产业之一，已步入世界塑料大国的行列。2 0 0 1 年全国塑料表观消费量为2 4 0 0 多万吨，人均超过1 8 公斤。2 0 0 3 年提前实现2 0 0 5 年我国塑料表观消费量2 5 0 0 万吨的前景规划目标。塑料成为人类社会生活中不可 缺的生产资料和生活资料。 我国每年产生的废弃塑料量约为5 0 0 万吨左右，塑料废弃物的不腐烂、不分解特 性已成为我国注目的社会问题。 土塑复合地基层的承载力研究研究的内容，着眼于工程价值开发来带动环 境保护的工程材料的研究，以“填埋”的方式，将废弃塑料用于道路的基础结构 中，提高道路的承载力和耐久性，减少道路的病害延长道路的使用寿命。据有关 2 第一章绪论 专家评价：这种填埋式的资源开发和利用，是具有良好环境价值的资源研究和开 发方式和技术手段。 1 2 国内外废弃塑料开发和研究现状 国内外科学工作者对于废弃塑料的研究和开发进行了许多的工作，取得了许多 有效的进程。而本课题的研究内容和研究项目，具有什么样的特色? 具有什么样 的发展前景、社会价值和工程价值? 从以下四个方面来说明这一点： 1 2 1 目前国内的废弃塑料主要研究进程 2 0 0 1 年9 月2 2 日，“废旧塑料回收再利用技术演示汇报暨治白对策研讨 会”在广东省南海市举行。废旧物资特别是废塑料的回收利用必须走一条行之有 效的可持续发展之路。现已在广州地区建立了比较完善的回收系统，并在南海选 址建设再利用中试工程，分析废旧塑料特点，采用熔融造粒的工艺对回收来的废 塑料进行加工，通过技术革新，有效地提高再生塑料的品质。该系统启动在改善 城市环境质量的同时，获得了较好的经济效益。 我国废塑料以燃油形式的回收再利用方式尚处于起步阶段，国家经济贸易 委员会等四部委于2 0 0 1 年6 月1 2 日发布“关于加强利用废塑料生产汽油、柴油 管理有关问题的通知 组织有关专家进行了研究后认为，目前利用废塑料生产汽 油、柴油只取得了实验室成果，工业化生产技术尚不成熟。 南开大学催化剂厂也对聚乙烯和聚丙烯废塑料再生利用技术进行了开发， 采用两段工艺，第一段加热催化裂解，第二进行芳构化，得到了很好的实验结果， 主要产品为比汽油更有工业价值的苯类产品，属废塑料再生利用的一条新的开发 途径。 黑龙江省东府塑料实业有限公司研制开发的粉煤灰和废塑料合成的树脂基 复合井盖、水箅，刚柔相济，是较好的铸铁产品代用品。可消化掉大量的粉煤灰 和废塑料，并在产品规模及技术更新上走在了同行业的最前面。该技术已获国家 专利、被建设部列为科技成果重点推广项目、国家环保总局评为环境保护实用技 术推广项目、黑龙江省列入火炬计划。 中科院广州化学研究所研制的以废塑料为原料，经化学预处理后，加进有 机溶剂及填料，制备出高效水泥减水剂。各项技术指标达到( 部分超过) 国标一 等品水平。 南京利鹏化工有限公司日前正式投产的废聚苯乙烯发泡塑料造漆项目，为 “白色污染 变废为宝开辟了新的途径，并获国家专利。就可生产出不同品种的 成品漆，现已在浦口区设立了2 0 个废发泡塑料收购点，正准备在全市范围内再联 第一章绪论 3 系6 0 个收购点，扩大生产规模。 中国科学院福建物质结构研究所的废塑料热熔胶装饰板项目，利用废旧塑 料为热熔胶粘剂代替脲醛、酚醛树脂胶粘剂，在建材和家具制造方面有着广泛的 应用前景。 国家环境保护总局华南环境科学研究所利用废塑料制造新型悬浮填料及其 应用的研究。可广泛地应用于工业废水、市政污水处理、水源预处理及旧废水处 理系统技术挖潜、改造，具有较明显的经济效益和环境效益。 塑木复合材料就是用塑料和木纤维( 或稻壳、麦秸、玉米杆、花生壳等天 然纤维) 加入少量的化学添加剂和填料，经过专用配混设备加工制成的一种复合 材料。国内近几年来也有不少大学或研究院所的关于研制塑木复合材料的研究论 文或研究成果报道，但真正进入生产阶段的只有少数几家公司， 国林科院木材工业研究所先后研制了木纤维一废塑料中密度纤维板，木屑 一废塑料碎料板，竹屑一废塑料碎料板以及稻草，麦草、稻壳等农业剩余物与废 塑料结合制造的刨花板，这些研究都取得了满意的结果并申请了国家发明专利。 山东塑料机械厂已研制出同类产品的设备，加工木塑产品。 逗d 首都钢铁公司技术研究院全力攻关的“利用首钢焦炉实现废旧塑料与煤 共焦化”项目已经进入工业化实验阶段，取得初步成功。 废弃塑料的再生利用：熔炼、转化汽油、建筑材料、废水处理、煤炭焦化处理 等地得到广泛的利用。 1 2 2 目前国外的废弃塑料主要研究进程 发达国家的经验和做法值得借鉴，解决塑料发展与环境问题的成功策略是实施 “三r 战略，即塑料制品的减量( r e d u c e ) ，再使用( r e u s e ) 和塑料废弃物的回 收利用( r e c y c l e ) 。2 0 0 2 年4 月1 9 日欧洲塑料制造者协会最新发布的数据显示： 2 0 0 0 年在所有应用领域中再循环和其他方法回收的塑料显著增长，减少了垃圾中 的废塑料处置。2 0 0 0 年有八个国家回收了超过5 0 的包装用废塑料，他们是荷兰、 瑞士、丹麦、挪威、德国、瑞典、奥地利和比利时。 1 日本环境省决定大力支持以废塑料为主的工业垃圾发电事业，并在2 0 0 3 年 度预算中就此提出1 0 亿日元的额度，着手辅助对5 处发电设施的整备工作。日本 环境省计划用来发电的主要工业垃圾是废塑料。日本在“京都议定书 中承担的 防止温室效应气体减排的任务是6 。为达到这一目标，日本计划到2 0 1 0 年用新 能源发的电要占到全日本发电总量的1 。 2 日本川崎钢铁公司将研究利用废塑料作为炼铁还原剂的技术。这项技术的 名称为“废塑料的脱氯和粉碎技术 ，川崎钢铁公司发表的资料表明，这项技术可 4 第一章绪 论 以收到即节约资源，又减轻废塑料产生的环境污染。该公司计划在3 年内开发出实 用化的操作技术和设备。 3 在爱尔兰，消费者未来购物时每使用一个塑料袋将被征收o 1 5 欧元的环保 税，爱尔兰政府期望这项规定能改善其环境污染。 4 挪威政府把废塑料用在修建公路上，经多年使用证明，塑料公路使用期限 长，能消除和减轻路基下部建筑不稳而导致的路基损坏，而且弹性好，修起来十 分方便。 5 废弃塑料可制砖盖房。墨西哥工业工程师马里亚诺穆涅斯发明了一种新 建筑材料，就是利用回收的废弃塑料瓶制成砖块。塑料砖比普通砖抗震、寿命长、 重量轻而且成本低，可节省3 0 的建筑费用。穆涅斯说，墨西哥居民每年丢弃9 0 0 0 万个塑料瓶，完全可以将它们制成改良砖块用来砌墙，而且这种房屋是以废弃的 汽车轮胎作为地基，寿命可达4 0 0 。 6 国外塑木复合材料的研发已有很长的历史，其技术和工艺已趋成熟，实 现了产业化生产，并朝发泡塑木复合材料和高木粉填充的方向发展。具体广泛应 用于：1 ) 建筑结构材料：2 ) 汽车上应用；3 ) 物流方面的应用；4 ) 园林方 面应用；5 ) 室内装潢方面应用；6 ) 其他：船舱隔板、储存箱、活动架等。 1 2 3 废弃塑料袋的再生利用的难点 废弃塑料的开发和利用受到了世界各地和各国政府的高度重视，应用范围广泛 而有效，减少了废弃塑料对环境的污染。废弃塑料的再生资源开发和利用的最重 要环节就是回收，然而，废弃塑料袋的回收却受到了一定的障碍，最主要因素之 一就是他的回收难度与回收的费用不符。本课题研究的主题内容就是进行废弃塑 料、再生塑料的工程价值的开发，特别是废弃塑料袋的工程价值的开发，实现他 的工程价值从而来带动它的社会价值，构成土塑地基结构层的承载力研究的核心 任务之一。 1 3 与此论文研究内容相关工程技术 1 3 1 目前与研究的材料有相关的类型材料 本课题中的主要构成的相关和类似的工程材料一土工合成材料，这里已构成一 定成熟的技术和产品，使用过程中具有相对应的应用和必有的技术规范，这些技 术产品为：土工织物；制造土工织物；非制造土工织物：土工膜；土工带：土工 格栅；土工格室；土工网；土工网垫；土工膜：土工膜袋；土工合成材料；土工 复合材料；塑料排水板；聚苯乙烯板块；纤维网；反滤，袋装砂井。 第一章绪论 5 1 3 2 在道路结构中的应用的方式 铁路部门：基床加固预处理、路基防护、排水、加筋土工程、软土地基加固； 公路部门：路堤加筋、台背路基填土加筋、过滤与排水、路基防护、路面裂缝 防治。 1 3 3 本课题的工程应用价值的主要特点 概念上的区别一土塑结构材料 主要体现以再生塑料为基本原料研究和设计构成的产品形式：土塑复合土工膜 ( 布) 、土塑袋土结构、土塑纤维土结构为主体的研究内容，明确出了一种新异的 道路结构概念； 科学的研究与产品化相结合： 一系列具有工程价值的产品的型式，展现出研究课题内容实用性、便于实施 产业化的工程价值，这种系列产品与常见的土木合成工程材料显然有许多相似之 处，也就是土工膜、土工带、袋装砂井等结构体系的构成具有在材料的监测项目、 渗透项目、组合材料的装填项目、在道路地基的设计上都具有类似或者类同的技 术标准和技术要求，主要几个基本结构材料简述对比如下： 表1 - ! 土塑结构材料和土工合成材料的初步比较 t a b l e1 一lb a s i cc o n s t r u c t i o no fp l a s t i c - e a r t hs t r u c t u r a lm a t e r i a lw i t l lg e o t e x t i l ec o m p o n e n t s 土木_ t 程合成材料土塑结构材料 l土工膜；土塑复合再生土工膜、 功能防渗、隔离作用防渗、隔离作用 材料新材料再生资源材料 应用途径主要用于- 十坝、建筑物的防水 应用到路基结构层防渗、排水 2 土工膜袋、袋装砂井 土塑复合再生土工袋 功能 增强、排泄渗水 增强、排泄渗水 外部材料新材料再生资源材料 材料 内部填筑材 流体混凝土、砂砾 流体混凝土、砂砾、二灰土、各 料种性能的材料 土工带；土工格栅；土工格室； 3 土工网；土工网垫；加筋结构、 土塑复合再生纤维土 钢纤维、聚酯纤维 功能增强增强 6 第一章绪 论 材料新材料再生资源材料 结构形式长条加筋结构系列纤维系列 施工方式 直接安装、混凝十拌合 与道路稳定材料相拌合 4 道路橡胶封条沥青 再生纤维沥青封条 功能路面结构层封缝处理路面结构层封缝处理 材料 新型材料 沥青弭生资源材料 结构形式 嵌入型灌入试 纤维系列和沥青系列的复合 施工方式 制作和安装 浇注、灌入制作和安装 土塑袋土结构、土塑土工布结构、土塑纤维土结构设计、制作、理论分析 和结构设计，构成具有特色的防渗设计、排泄设计和增强设计的技术手段，形成 了再生资源开发和研究的体系。 最主要和重要的差别就是材料的来源：来源于再生资源材料，这个意义十 分重大。 土塑结构材料与上述的土工合成材料有根本的区别，就在于添加的塑料成 分与土石道路结构材料在结构的功能中不一定起到明显的主导作用，构成复合材 料的结构性质。 1 4 本论文研究的内容 以再生塑料和废弃塑料为基本材料，开发出适合道路工程结构应用的工程材 料。围绕着地基结构和地基材料的基本性质为主题，以确保地基结构层的承载力 的提高或者稳定地基结构层的工作环境，进行土塑道路结构材料的研究和开发工 作。土塑结构材料是复合材料，它是采用筑路材料土和设计制作的塑料系列材料 构成复合材料体系。从材料的组分上来说，具有增强型或者防护型的塑料为一类 和作为基体材料一筑路材料土为另一类，如何将他们组合起来构成的复合材料( 组 合材料) ，构成具有特殊性质性能的材料结构，就是研究和开发工作的重点，要做 n - ( 1 ) 研究土塑复合再生土工膜( 布) 结构层的工程结构材料和它的基本性质； ( 2 ) 研究土塑复合再生袋土结构层的复合工程结构材料和基本性质； ( 3 ) 研究土塑复合再生纤维土结构层的道路工程材料和基本性质； ( 4 ) 研究土塑复合结构层的道路结构的设计和计算问题； ( 5 ) 试验路段的设计与计算 本论文结合道路地基、垫层、基层以及路面结构层的工作性能，遵循塑料材料 第一章绪论 7 的纤维效应、防渗效应、渗透功能、增强效应、可变性能大、适应性好的特点， 应用到在道路工程结构中；构成再生材料为资源形成一项独立研究项目，将土塑 地基承载力的良好性能得到发挥。 本论文主要研究内容为：基本材料的设计、研究和实验；土塑复合结构材料的 设计、研究和实验；土塑复合结构材料的综合道路结构层的设计、研究和实验； 土塑复合道路结构层的理论计算和设计；实验路段的设计、检验和实践：土塑复 合道路结构工程的经济性分析。 1 土塑结构基本材料的性质研究和试验 土塑( 地基) 结构的基本材料主要来自再生塑料或者废弃塑料。通过对他们 的设计、改型和加工改进，成为道路结构中筑路材料的增强材料、协调材料，达 到改进和改善道路结构的工作性能、工作环境，满足道路工程的需要，解决工程 技术问题的目的。因此，进行了废弃塑料和再生塑料的基本性能研究和试验，为 了废弃塑料和再生塑料来设计、制作的塑料纤维、设计或者制作的塑料土工合成 布、设计或者制作的袋土结构的等系列材料，以及为系列的土塑结构材料的有机 结合，得到了必要的工程技术参数和分析手段。 2 土塑袋土材料、土塑纤维土材料和土塑土工布材料的设计和试验 将再生塑料袋、再生塑料纤维、再生塑料土工布与道路结构的土、石材料相 结合，构成土塑复合材料，这就是土塑袋土材料、土塑纤维土材料、土塑土工布 材料。通过研究、分析、计算和试验，掌握土塑结构组分的力学性质、防渗性质 和排泄渗水的性质等技术指标，为构成道路的复合土塑结构层提供设计依据、重 要的数据。 3 土塑复合地基结构层综合性能测试 采用道路结构的立体模型，在同等条件的实验荷载下和浸水条件的荷载下，进 行了土塑地基与普通地基之间、土塑垫层与普通挚层之间、土塑基层与普通基层 之间的对比性的实验；展现了常规道路结构层和土塑道路结构层这两种结构层之 间的性能的差异和特点，为采用土塑道路结构层的设计和计算提供了可靠的试验 数据和依据。 4 土塑复合地基结构层的设计理论研究 根据土塑结构材料研究和试验、土塑结构性能的研究和试验、道路结构层综合 性能的研究和试验，明确土塑结构材料的基本性质、土塑结构层的力学性能；确 立土塑结构材料基本性能与道路结构层基本性能之间的关系，为土塑道路结构的 工程设计、实施提供了基本数据和设计理路论。 5 试验路段以及试验路段的设计 8 第一章 绪 论 通过北碚某一段公路修建和渝北3 1 9 国道的道路结构的翻修的工程实践中，通 过全面的道路的病害问题的研究和分析，展现出道路的病害主要因素为：车辆荷 载和水患。采用常规的重复性的工程翻修工作，往往存在着一定隐患，就其原因 就是在于：对于这样道路的病害，没有很有效技术措施和技术手段。土塑复合地 基结构层和土塑结构材料的出现，就很有效的解决这样的问题，增强型和防护性 的综合措施处理，有效地解决了道路结构地基浸水软化的现象，从而提高了道路 结构的承载力，为延长道路的使用寿命提供了新型的道路结构、新型的道路材料， 将废弃物改造成十分有用的道路工程材料，再生资源材料的价值得到了充分的体 现。 6 土塑复合道路结构工程的经济性分析 再生材料的经济性比较、再生资源材料的经济性比较、试验路段的再生材料的 经济分析；土塑复合道路结构工程的经济性分析。 第二章再生塑料的基本- 丁程性质 9 第二章再生塑料的工程性质 土塑复合地基结构是由塑料系列材料与道路工程材料相结合形成的复合结构 材料，在此土塑结构的主要基本材料是再生塑料、废弃塑料，它们的主要来源是 目前市场上所生产的再生塑料或者是废弃的塑料，经过研究、设计、制作和试验， 形成符合道路结构性能、能解决道路工程中问题的道路工程材料。这样，这些材 料的基本性质、基本的技术指标就成为材料设计和制作的主要技术参数。 市场上的一般塑料多数都是属于聚乙烯、聚丙烯材料所构成的生活和生产制 品，这些材料系列被回收后，再生制造形成编制袋、膜或者纤维等等；或者直接 粉碎塑料布、袋为纤维结构材料等等，将它们改造成为道路工程结构材料和功能 材料，达到再生资源的工程价值的目的。 2 1 生活废弃塑料的基本数据 2 1 1 废弃塑料的密度性质 废弃塑料的基本分类 土塑结构的基本材料主要来自于生活中的废弃塑料，这也是课题研究的起点， 从而，就从基本的材料开始着手，进行材料的性质调查、类别分析和基本的力学 性能的研究，从而构成结构材料的研究基点。因此，第一步工作，就是废弃塑料 的初步调查：来自自由菜市场、超市、食品、服装等常用的塑料，这些材料基本 上是属于：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯材料所组成。从现场识别他们 的基本方式，可以用下面的特征进行判别： 表2 - 1 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯的基本判断方式： t a b l e2 - 一lb a s i ce s t i m a t i o nf o rp o l y e t h y l e n ep o l y p r o p y l e n ep v cp o l y s t y r e n e 材料类别简易鉴定方式 聚乙烯p e 易燃、离火后继续、底兰项黄、无烟、溶化为滴、蜡烛味。 聚丙烯p p易燃、离火后继续、底兰项黄、少量黑烟、溶化为滴、石油味。 聚氯乙烯p v c 难燃、离火后熄灭、喷溅绿色、黄色火焰、冒白烟、软化拉丝、辛辣味。 聚苯乙烯p s 易燃、离火后继续、橙黄色黑烟、飞扬碳末、软化起泡、芬香味。 通过调查和资料的查阅，证明这种方法是一种可靠而有效的技术控制手段， 对于监测和分析材料来源和类别，提供了实用的技术手段。 废弃塑料的正确分类，为材料的设计、应用和开发，展现了可以直接采用的技 术指标和技术标准，这些判断和分类直接涉及到形成土塑结构的基本性能，如： 第一章 雨母塑料的群木i 样性质 可以提供给土塑复台粉碎纤维土、土塑复台袋士等等结构材料的强度的基本采用 挂术指标的基水束源。 材料的分类调查 经过对重庆市塑料袋的生产厂家、销售、使用环节、以及回收利h j 情况做了多 次调查。先后走访了塑料袋批发市场、市塑料行业协会、市塑料制品公司、市包 装技术掷会、市环保产业协会等部门。在调查r 1 采取抽样调查与典型调查相结 台的方式，对较大型的l f 规塑料薄膜生产企业和私营小厂分别进行凋查；对使用 情况的调查，主坐抓住使用较集中、数量大的超市和农贸菜市场，走访了市商业 连锁协会、几大重要的超市、以及农贸菜市场：对销售情况的调查，走访了塑料 马央袋批发市场及一些销售点。对回收情况的调查走访了废品同收站、回收服务 公司、陌站废品回收市场、长生镇垃圾处理场、8 公旱垃圾处理场( 现已填满，关 闭) 等单位。 t h 于颦料袋生产许多家庭作坊式的以冉生塑料粒子为原料的生产厂阻外大型 的专门生产塑料袋的厂家儿乎不存在。塑料袋赏质只是塑料薄膜制品的。种，凶 此，生产塑料袋一般只是塑料薄膜制品厂中一个小的项目。这些厂家的产品种类 主要有塑料薄膜、马央袋、p p 、p e 塑料袋、地膜、棚模等。显然，对于目前i h 场 卜所使用的废弃塑料袋进行了进行了基本的物理性质的调查、研究，初步了解了 它们的基奉类别的物理指标。 图2 - 1 生活塑料归娄测试 c h a r t2 一ll i v i n g p l 髂f i cc l a s s i f i e d t e s t i n g 圈2 - 2 力学样品制作 c h a r t2 - - 2 d y n a m i cs a m p l em a k i n g 对于使用过后的塑料袋的结构变化，测试数据如下 1 ) 菜市场的塑料袋来源： 第二章 再生塑料的基本工程性质 1l 表2 - 2 第一组 t a b l e2 _ 一2f i r s tg r o u p 项目测试内容平均值 长度c m 2 32 32 32 22 02 12 12 12 12 22 1 7 宽度c m 2 12 02 02 12 22 12 12 12 12 02 0 8 重量g 0 91 1 81 1 51 2 51 3 51 2 51 1 51 3 51 0 51 1 11 1 7 这种材料的每个平方米为2 6 9 。 2 ) 食品专项的塑料袋来源： 表2 - 3 第二组 t a b l e2 3s e c o n dg r o u p ： 项目测试内容平均值 长度c m2 0 2 22 12 02 12 02 22 02 12 12 12 12 22 0 9 2 宽度c l l l 2 3 2 4 2 2 2 52 22 42 12 32 12 32 4 2 l 2 22 2 7 重量g 1 21 41 21 31 21 31 21 21 01 31 31 1 11 2 1 这种材料的每个平方米为2 5 9 。 3 ) 超市市场的塑料袋来源 表2 - 4 第三组 t a b l e2 4t h i r dg r o u p 项目测试内容平均值 长度c m 2 52 52 5 2 5 2 42 52 52 42 52 5 2 6 2 42 0 9 2 宽度c m 2 5 2 42 5 2 52 5 2 52 52 52 52 5 2 5 2 52 2 7 重量g 1 71 61 71 71 6 1 71 7 1 6 1 71 7 1 71 61 6 8 5555 这种材料的每个平方米为2 7 9 这就是常见的菜市场的生活塑料袋的基本情况，都是属于一种规格，不过从袋 状的大小可以显示出来，平均的材料面积密度变化不大。从最近上海市对于塑料 袋来源的调查情况来讲，也基本是符合上述情况。 2 1 2 不同类型的常用塑料袋的密度变化 整个过程的调查，来自于人们的主要塑料袋的来源，包括：食品部门、菜市场、 潮湿、包装袋和米袋，从而形成如下的塑料袋的基本材料分布： 1 2 第二章再生塑料的基本工程性质 表2 - 5 主要类别塑料袋单位面积的重量 项目食品袋菜市场超市包装袋米袋( 编制袋) 重量g m 2 2 32 63 09 3 1 2 5 图2 - 3 生活塑料归类测试表 c h a r t 猢c l a s s i f i e dl i v i n gp l a s t i ct e s t ( 1 ) 有关塑料制品规格都有相应的国家规范标准，但是，日常生活中的塑料 袋等都来自个体厂家在实施，而且还被人们使用过后的塑料或者再生塑料的基本 性质与标准有着一定的区别，因此使用这些材料就要更好的明确他们的基本参数。 ( 2 ) 塑料产品的单位面积重量，也涉及到材料的承载力和经济价值的问题。 2 2 拉伸强度的力学性能测试 通过对常用的生活塑料的力学性能测试，要确立它的基本力学参数，为土塑袋 土结构、土塑纤维土结构的抗压强度和性能、土塑材料力学性能的设计关系提供 基本力学数据。 2 2 1 抗拉伸强度的试验 塑料的力学性能主要体现在抗拉能力上，因此，对于上述常见塑料类型进行了 材料的力学拉伸强度试验和徐变试验，明确使用它的性能时的基本要求和控制条 件。 按市场的角度来讲应该具体到为食品类、市场类、超市类和包装类等等，通过 上述的调查和分析，发现在同一种材料中，袋子的厚度与这类袋子的面积密度有 关，以密度作为塑料袋体影响因素来确定它的拉伸强度。不同宽度程度塑料袋进 行拉伸试验，见如下实验数据组： 第二章再生塑料的基本r t 程性质 1 3 1 ) 食品塑料袋来源 表2 - 6 拉伸强度试验 t a b l e d r a w - e x t e n di n t e n s i t yt e s t 项目测试内容平均值方差 长度a m 2 12 22 11 92 12 02 32 02 12 12 0 2 32 22 1 0 81 1 9 宽度e m 1 61 61 61 71 51 61 51 61 61 51 71 61 61 5 90 6 4 强度n 1 2 01 4 01 5 01 3 01 4 01 5 01 4 01 7 01 5 01 4 01 8 01 5 01 6 01 4 7 71 5 8 9 在单向的拉伸试验下，能够构成的纵向拉伸强度为：i 1 4 丽7 而7 = o 4 6 k n m 。 2 ) 菜市场的塑料袋来源： 表2 - 7 拉伸强度试验 t a b l e2 _ 一7d r a w - e x t e n di n t e n s i t yt e s t 项目 测试内容平均值方差 长度a m 2 52 62 52 32 62 52 32 52 42 72 62 52 72 5 1 51 2 8 宽度c m 2 02 02 21 92 12 32 12 42 12 02 32 0 2 l 2 1 1 51 4 6 强度n 2 0 02 4 02 5 02 3 0 2 4 02 5 0 2 4 0 2 7 0 2 5 02 4 0 2 8 0 2 5 0 2 6 02 4 6 1 51 9 3 8 在单向的拉伸试验条件下，能够构成的纵向拉伸强度为： 坐：! ! ：0 5 8 5 k n m 。 2 宰0 2 1 5 3 ) 超市场的塑料袋来源： 表2 - 8 拉伸强度试验 t a b l e2 8d r a w - e x t e n di n t e n s i t yt e s t 项目测试内容平均值 方差 宽度c m 2 22 32 72 62 22 52 22 12 22 32 3 32 0 0 长度c m 2 32 62 42 72 42 22 72 32 62 52 4 71 7 7 强度n 2 4 02 5 02 9 03 0 02 5 02 7 02 2 02 4 02 6 02 2 02 5 42 6 7 5 单向的拉伸强度试验条件下，能够构成的纵向拉伸强度为： 型：0 5 8 5 k n m 。 2 宰0 2 4 7 4 ) 包装袋塑料 1 4 第二章再生塑料的基本工程性质 表2 - 9 ( 塑料袋) 拉伸强度试验 t a b l e 柚d r a w - e x t e n di n t e n s i t yt e s t 项目 测试内容平均值 方差 宽度c m 2 52 72 72 8 2 6 2 9 3 0 2 62 82 52 7 11 6 6 长度锄3 53 83 93 74 03 93 84 13 93 73 8 31 7 0 强度n 3 4 03 7 73 9 03 7 0 3 6 5 4 3 74 5 04 0 54 1 23 6 63 9 1 23 4 6 0 在单向的拉伸强度试验条件下，能够构成的纵向拉伸强度为： 赢2 0 7 2 2 例，m ，说明：这里包装袋的类别中，分别由聚乙烯、聚丙烯材 料，聚丙烯材料的强度一般要大于聚乙烯材料的强度。同一类型塑料的抗拉强度， 从强度的平均值与个体的强度值之间的比较，展现出属于同一等级； 2 2 2 儒变试验 蠕变试验，首先要确定塑料的来源于，也就是塑料的基本种类，再确定试验的 设计方感和步骤。蠕变试验的主要步骤分为：第一步先确定此类型袋的极限强度， 确定它的实验方差；第二步，再确定它的蠕变试验荷载，第三步最后验收分析。 下述是以来源于菜市场的塑料袋为基本材料进行的试验。 第一类试验：采用极限荷载的0 5 倍的荷载，作为试验荷载，实验时间4 8 小时 表2 - 1 0 荷载采用极限荷载的比例0 5 t a b l e2 一l o0 5p r o p o r t i o no f l o a dt ol i m i t e d - l o a d 时间 oo 5l24691 22 43 64 8 拉伸长 1 01 2 0 l1 2 2 21 2 2 31 2 2 41 2 2 41 2 2 51 2 2 51 2 2 61 2 2 61 2 2 6 度c m 相对延 02 0 12 2 22 2 32 2 42 2 42 2 52 2 52 2 62 2 62 2 6 伸率 第二类试验：采用极限荷载的0 6 倍的荷载，作为试验荷载；实验时间4 8 小时 第二章再生塑料的基本- t 程性质 1 5 表2 - 1 1 荷载采用极限荷载的比例0 6 t a b l e2 - 一110 6p r o p o r t i o no fl o a dt oi i m i t e d m l o a d 时间0o 5124691 22 43 64 8 拉伸长 1 01 2 91 3 31 3 5 1 3 61 3 71 3 7 21 3 7 51 3 81 3 8 11 3 8 1 度c m 相对延 o2 93 33 53 63 73 7 23 7 53 83 8 13 8 1 伸率 第三类试验：采用极限荷载的0 7 倍的荷载，作为试验荷载；实验时间4 8 小时 表2 - 1 2 荷载采用极限荷载的比例0 7 t a b l e2 - 一120 7p r o p o r t i o no fl o a dt ol i m i t e d - - - l o a d 时间0o 5l2 4691 22 4 3 6 4 8 拉伸长 1 01 3 9 1 4 41 4 71 4 81 4 8 5 1 4 9 11 4 9 51 4 9 81 5 0 l1 5 0 l 度c i i i 相对延 o3 94 44 74 84 8 54 9 14 9 54 9 85 0 15 0 1 伸率 儒变试验：当试验荷载达到采用极限荷载的比例的0 8 以上后，实验的结果变 异很大，有达到2 4 小时后断裂，要么就是变形很大，达到2 0 0 以上。 图2 _ 40 5 、0 6 、0 7 的极限荷载比的蠕变变形图 c h a r t 川s q u i r mc h a n g ef o r0 50 60 7p r o p o r t i o nt ol i m i t e d - - - l o a d 因此，在设计和计算时所采用的荷载值应该注意以下两点： 、o 8 的荷载极限比是一项控制极限，对于变形过大塑料材料，而失去工程 的使用价值。 、正常使用、设计计算荷载因控制在极限荷载的o 5 的比以下。 第一章 佴生塑料的基率1 1 狂性质 图2 - 5 废弃塑料初级试验图2 - 6 废弃塑料初级拉伸试验 c h a r ( 2 - 5p r i m a r y t e s t s f o rd i s u s e dp a s t i c c h a r i2 a sp d r a w e x t c n d t e s t f o rd i s u s e dp l m s t i c 直接采埔废弃塑斟应) i 】时应该注意材料柬源，靼料的类荆等等这些因素，它 们直接关系到材料f f 勺设计强度问题。冈此，实施时要注意一下几个步骤： ( 1 ) 第一步：就是食品袋类别、菜d 】场类别、超市场类别和包装袋类别，进行 韧步的分类； ( 2 ) 然后再进干亍材料性质的类别分类：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 等等； ( 3 ) 在进行基本单位晕宦的榆测，一般重量与强度有藉直接的关系； ( 4 ) 进行样本的强度试验，确定它的破坏极限强度； ( 5 ) 再考虑疲劳性质来确定晶后的设计强度。 对十利用废弃塑料特性、，f 发应用途径，确立了材料的基本设计和丌发程序， 为土塑结构材料的设计提供必要的一个统一的步骤。 2 3 塑料材料的拉伸破坏状态的试验和观察 塑料结构从力学性能上来分析，j ：要体现为纵向结构性质和横向结构性质，这 主要与他的工程材料的成型工艺有关。通过力学的拉伸试验、结合放大1 0 0 4 0 0 倍的显微镜的仔细观察它的纵向和横向塑料拉断截面破坏图。 第二章再生塑料的基本工程性质 加力方向 黔国 图2 6 横向拉伸破裂状态观察图2 7 纵向拉伸破裂状态观察 c h a r t2 石c r a c k i n gs t a t e i m e r “e w o f l a n d s c a p eo r l c n t a t l o nd r a w - e x t e n d c h i n2 - 7c r a c k i n gs t a t e m e r v i c w o f p o r 岫i t d r a w - e x t e n d 表现特征： 对于塑料材料，采用纵向的拉伸试验，表现为强度高，韧性好，特别注意 它的破裂现象，特别是要提出的还出现了纵向纤维之问的破裂小孔状态； 对于塑料材料，采用横向的拉伸试验，表 现为强度低，力学变异大，它的破裂现象与受力 垂直的减薄、长扁的条纹、纤维纹的大量出现。 市场上的塑料薄膜、料薄布和塑料袋的基本 力学性能是具有各项异性的性质，这就是对于再 生塑料的应用要注意处理的问题，如：试验也证 明了结构的组合设计方式是消除各向异性的手 段之一。作为土塑结构中的基本兀索和力学性能要成为常规设计、计算的基本技 术指标，从而，对于改型的指标和方式也就提出了对于土塑结构中的任意结构性， 材料组合结构设计就成为了他的选择。 2 4 废弃塑料的纤维试验 2 4 1 废弃塑料的纤维形式 1 再生塑料的拉伸纤维 这种材料是属于废弃塑料中的第一类，可以采用直接回收进行加工制作，形 成一种产品形式。在熔炼、切割、拉伸中直接形成纤维、在切割