廢玻璃粉取代部分膠凝材料的混凝土基本性能研究

嚴桂鳳，魏振巍，吳健雄，張億龍，潘梓松

（南通理工學院，江蘇 南通 226000）

隨著城市建設的規?；l展，廢棄建材尤其是建筑玻璃也隨之不斷增加，由于玻璃的主要成分是二氧化硅，化學性質穩定，很難分解等，一般采取掩埋的方式，占用場地且污染環境。廢棄玻璃可二次用作生產玻璃的原料，但其回收成本高于原材料采購成本，因此成為廢棄材料。廢棄玻璃能否作為再生資源進行回收利用成了越來越受關注的熱點問題。資料表明，國內外學者對廢棄玻璃的再利用開展了大量的實驗研究，并取得了一定成果?？蓪⒉Ａコ梢欢毝鹊牟ＡХ蹞饺牖炷林?，制作混凝土構件等。當研磨的玻璃粉粒徑在100μm以內時，可以有效防止堿硅酸反應膨脹帶來的危害，俗稱ASR風險。亦發現玻璃粉具有一定的火山灰活性，廢玻璃粉的強度活性指數在28 d前小于粉煤灰，28 d以后接近甚至大于粉煤灰，有作為輔助膠凝材料的應用潛力[1-2]。

如前所述，用粒徑尺寸為25μm-37μm的廢玻璃粉，等質量取代水泥膠砂和混凝土中的膠凝材料，可以避免ASR風險。由于地方材料的差異性，具體的工程應用，尤其是與現行規范的相關標準進行比較，需要實驗研究來加以確定。論文研究采用南通地區常用水泥等材料，通過正交實驗，研究不同水灰比、不同廢玻璃粉摻量對水泥膠砂、混凝土和易性的影響及對水泥膠砂抗壓、抗折強度和混凝土抗壓強度的影響。

1 實驗設計

1.1 原料

①水泥，牌號為P·O42.5，密度為3.08 g/cm3，比表面積380 m2/kg，礦粉含量12%，石灰石含量6%；

②玻璃粉：選用粒徑區間為13μm-25μm的廢玻璃粉，細度（80μm篩余量）小于10%；比表面積365 m2/kg。

③標準砂：中國國際標準化組織（ISO）標準砂，SiO2含量不低于98%的天然的圓形硅質砂，顆粒級配為Ⅱ區，細度模數為3.0；

④石子：粒徑區間在5 mm-40 mm的連續粒級碎石；

⑤水：自來水。

1.2 實驗方案

1.2.1 廢玻璃粉水泥膠砂抗壓、抗折強度實驗方案

通過測定廢玻璃粉替代水泥比例分別為0%、10%、20%、30%、40%時砂漿的稠度和分層度，判斷廢玻璃粉水泥膠砂的工作性；采用40 mm×40 mm×160 mm尺寸的模具制備水泥膠砂試塊，測定廢玻璃粉水泥膠砂在3 d，7 d，14 d和28 d時間節點的抗壓強度和抗折強度。

1.2.2 廢玻璃粉混凝土抗壓強度實驗方案

分別采用三種不同尺寸的混凝土立方體試塊100 mm×100 mm×100 mm，150 mm×150 mm×150 mm，200 mm×200 mm×200 mm，多角度分析廢玻璃粉混凝土和易性，澆筑試塊，24 h后拆模，放入混凝土標準養護箱養護，測定3 d，7 d，14 d和28 d抗壓強度，與基準組進行對照分析。

2 和易性分析

2.1 廢玻璃粉水泥膠砂和易性分析

根據GB/T 17671-1999中“水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）”的檢驗方法，分別從稠度和分層度兩個指標檢測廢玻璃粉水泥膠砂的和易性，根據計算配合比制備砂漿，膠凝材料由水泥和廢玻璃粉構成，其中廢玻璃粉摻量從0%-60%取整進行實驗。

由此可知，隨著廢玻璃粉摻量的不斷增加，廢玻璃水泥砂漿稠度不斷減小，當玻璃粉摻量達到60%時，水泥膠砂稠度為64 mm，完全符合燒結多孔磚、空心磚砌體和混凝土小型空心砌塊等常用砌塊砌體對砂漿稠度的要求。與此同時，隨著廢玻璃粉摻量的增加，分層度雖有增加趨勢，但增值不大，其中10%摻量的分層度和0%摻量的對照組分層度完全一致，說明廢玻璃粉水泥膠砂不易產生分層離析現象，符合保水性好的砂漿對分層度的要求。

2.2 廢玻璃粉混凝土和易性分析

對不同廢玻璃粉摻量（0%、20%、30%和40%）和不同水膠比（0.4、0.5和0.6）的新拌玻璃混凝土進行坍落度測試，判斷不同廢玻璃粉取代率下廢玻璃混凝土的和易性。隨著水膠比的增大，廢玻璃粉混凝土的坍落度也逐漸增大，且廢玻璃粉混凝土拌合物坍落度均高于普通混凝土拌合物，意味著，隨著廢玻璃粉摻和量的增大，廢玻璃粉混凝土流動性隨之增大，主要是由于玻璃粉的低吸水率和其表面較高的光滑度以及由于水泥被玻璃粉部分取代使水泥砂漿被稀釋，導致水泥初凝水化產物減少，相應的顆粒之間的粘結度下降，從而流動性增大。但是，玻璃混凝土在攪拌過程中泌水現象較少，直至坍落度筒提起，基本未發生分層離析現象，且具有較好粘聚性，當坍落度筒提起后，輕輕敲打已坍落的廢玻璃粉混凝土，未發生明顯坍落現象，所制備的廢玻璃混凝土和易性均滿足現行有關規范的要求。這種流動性好、粘聚性和保水性穩定的廢玻璃粉混凝土可適用于高層泵送混凝土。

3 強度分析

3.1 廢玻璃粉水泥膠砂抗壓、抗折強度分析

本次實驗采用多層建筑物墻體最常選擇的M7.5砌筑砂漿作為配置砂漿，測定其3 d、7 d、14 d和28 d抗壓強度和抗折強度，評判水泥膠砂強度等級[3]。

3.1.1 廢玻璃粉水泥膠砂抗壓強度分析

隨著廢玻璃粉摻量的不斷增大，廢玻璃粉水泥膠砂強度雖有降低趨勢，但在摻和量30%內，下降程度較??；廢玻璃粉水泥砂漿早期強度較高，7 d抗壓強度值將近是28 d抗壓強度值的一半，其中摻和量為20%的7 d抗壓強度值是28 d抗壓強度值的52.54%?？梢哉J為，廢玻璃粉摻和量在30%以內均符合M7.5的水泥膠砂抗壓強度要求。

3.1.2 廢玻璃粉水泥膠砂抗折強度分析

隨著廢玻璃粉摻和量的不斷增大，廢玻璃粉水泥膠砂抗折強度呈現降低趨勢；每個時間段的抗折強度都在40%摻和量節點處出現轉折點，且基本符合摻和量40%之前小于摻和量40%之后的下降趨勢；30%摻和量28 d抗折強度是抗壓強度的0.398?？梢哉J為，廢玻璃粉摻和量在30%以內均符合M7.5的水泥膠砂抗折強度要求。

3.2 廢玻璃粉混凝土抗壓強度分析

在保證砂率不變的前提下，對廢玻璃粉混凝土進行水膠比、模具尺寸和廢玻璃粉摻和量三因素分析，形成L93（3）正交實驗[4-5]。

以C30混凝土為研究對象，通過對養護3天、7天、14天和28天的各試塊進行抗壓強度實驗，將所得的實驗結果進行對比分析，實驗數據表明：試塊強度隨玻璃粉替代量的增加而下降，但玻璃粉替代率在30%內時下降幅度較??；實驗初期，廢玻璃粉混凝土強度增長速度較快，同水平下基本大于普通混凝土抗壓強度的20～30%；實驗后期，廢玻璃粉混凝土強度增長速度較慢，摻和量30%以內最終數值是普通混凝土抗壓強度的85%～95%，在判斷混凝土強度等級的容許范圍內。

4 結論

（1）隨著廢玻璃粉摻量的不斷增加，在一定范圍內，對廢玻璃水泥砂漿和廢玻璃粉混凝土流動性影響不大，不易產生分層離析現象，粘聚性和保水性較為穩定；

（2）廢玻璃粉摻和量在30%以內均符合M7.5的水泥膠砂抗壓和抗折強度要求；

（3）本實驗尚不能驗證玻璃粉的活性表現存在替代膠凝材料的作用，雖然實驗數據有限，但得到的結果與現有文獻具有相似性，因此具有一定的合理性和工程指導意義。