摘要：以废旧钢化玻璃颗粒0%，25%，50%，75%，100%取代砂子作为细骨料，浮石为轻骨料，矿粉10%等质量内掺取代水泥制作废玻璃浮石轻骨料混凝土试块，研究废玻璃对浮石轻骨料混凝土性能的影响。实验结果表明：废旧钢化玻璃取代率为25%时废玻璃浮石混凝土的强度达到最大。
1.引言
随着国内经济的快速发展及城镇化进程加速,废玻璃产量日益增加。我国每年城市的废弃玻璃约450~ 750 万吨，占城市生活垃圾总量的3% ~ 5%[1]。这些废弃玻璃处理方法通常是被重新加工成新玻璃，因为加工成本昂贵，利用率低，未能得到充分回收和有效利用，大部分被作为垃圾丢弃。如果将废旧的玻璃当做一种资源充分利用起来不但能够减小其对环境的影响，而且可以创造经济效益。浮石又称为浮岩或轻石,属于一种非金属矿产资源，广泛分布于东亚大陆、西非大陆、欧洲大部分地区以及环太平洋沿海及群岛地区[2]。在我国,浮石资源分布非常丰富,主要集中在火山分布区,尤其是北方黑龙江、吉林、山西及河北等省区较多且质量较好,喷发年代比较新[3]。本实验研究浮石废玻璃混凝土性能，旨在为实际工程提供理论基础。
2.实验部分
2.1实验材料
水泥：采用长春亚泰水泥厂生产的P•O42.5级水泥。
粗骨料：采用粒径大于4.75mm的天然浮石。
细骨料：采用天然河砂，粒径为0.15mm~2.35mm，连续级配。
废玻璃颗粒：将回收的废旧钢化玻璃颗粒采用机械粉磨成所需粒径，利用0.15mm~2.35mm进行筛选，筛选出符合要求的粒径的废旧钢化玻璃粉作为细骨料。
矿粉、水。
2.2实验配合比
利用提前粉碎好的废旧钢化玻璃颗粒按照不同替代率替代河砂，同时掺入矿粉。矿粉与粉煤灰等活性矿物掺合料的使用可以改善混凝土的早期工作性能同时提高混凝土的长期与耐久性能,当两种或多种矿物掺合料复合使用时更能发挥出这种技术优势, 在掺量适宜的范围内可以大幅提高混凝土的耐久性能, 并且后期强度增长率较高, 可以弥补水泥后期强度增长率低的问题[4,5,6]。
本实验水灰比为0.43，砂率为1.19，矿粉按照等量取代，取用量为水泥的10%，试块制作严格按照GB/T 50080—2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行，此次实验设计五组，每组100mm×100mm×100mm。分别测试废玻璃浮石轻骨料混凝土7d和28d龄期的立方体抗压强度。
3.实验结果及分析
3.1 废钢化玻璃掺量对轻骨料混凝土抗压强度的影响
废旧钢化玻璃颗粒取代率和抗压强度的关系如图1所示。可以看出废玻璃取代率对混凝土试块强度有较大影响，以未掺废玻璃的混凝土试块作为对照组（0%），因为玻璃的取代率不同，掺入废玻璃的混凝土在普通混凝土的强度基础上逐渐上升，取代率为25%时达到峰值，而后强度逐渐降低，向普通混凝土的强度靠拢。由此我们可以看出混凝土的强度不是随着取代率的增加一直增加，而是有一个最适合的取代率，从折线图中我们可以看出取代率在25%时强度最高，取代率为50%、75%、100%时混凝土强度相较取代率25%的混凝土强度降低，但强度依旧高于空白组。由此可知，选用取代率为25%左右的废旧钢化玻璃颗粒来替代砂子是十分可行的。
图1 废玻璃掺量对浮石混凝土抗压强度的影响
3.2 微观分析
废玻璃浮石轻骨料混凝土和普通混凝土微观结构的主要差别在于轻骨料内部空隙特点以及骨料和浆体的界面过渡区的特性。图2（a）为浮石和水泥浆体周围微观结构的扫描电镜图像。可以看出浮石存在“墙壁效应”，靠近浮石的水泥浆体和混凝土体系中的水泥浆本体存在着极大差异。界面区出现微裂缝。图2（b）可以看出由于部分较大的微裂缝的存在使得生成的针状钙矾石不能够充分的交汇接触，从而降低混凝土整体强度。有害离子渗透路径沿着骨料旁边微裂缝延伸。将会长期对混凝土强度产生影响。
（a） （b）
图2 未掺废玻璃的浮石混凝土扫面电镜图（5000倍）
（a） （b） （c）
图3 掺25%玻璃的浮石混凝土扫描电镜图
图3（a）为玻璃替代率25%的浮石混凝土试块微观图像，从图中我们可以看出玻璃旁边光滑的断面生成了致密的针状钙矾石结构，能大幅度提升混凝土整体强度。图3（b）显示，平整的表面有大量钙矾石结构生成，且生成的密度较高，对提高混凝土强度有较大帮助。图3（c）显示由于浮石表面的多孔特征使得浮石能够被水泥浆体紧密包裹，使浮石界面和水泥界面更加的致密均匀，减少了微裂缝的出，从而使有害离子的渗透路径变得更加曲折。该情况可表明浮石这种骨料可以改善过渡区性能，与浆体产生更大的握裹力。
图4（a）为6000倍率下玻璃掺率为50%的水泥浆体和细骨料玻璃的界面情况，从中我们可以看出由于部分钢化玻璃表面过于平整，使得水泥浆体并不能够和玻璃紧密的结合，生成了较大的微裂缝，并且随着玻璃掺入率的提高，微裂缝的数量也在进一步的提升。图4（b）为取代率75%时玻璃和水泥界面情况。从中我们可以看出微裂缝的数量进一步提升。并且与之前低取代率的玻璃浮石混凝土相比可以发现，随着玻璃掺率的提升不但微裂缝数量有着显著的提升，微裂缝的宽度与之前的相比也变得更大，并且由于玻璃表面过于的光滑平整，使得界面处的微裂缝十分的整齐，这将有助于有害离子的渗入，将对混凝土内部强度产生较大影响，时混凝土强度明显的的下降。图4（c）为100%取代率的玻璃水泥界面。该处我们可以发现由于玻璃的替代率过高，这种现象变得更加的多，甚至部分界面处的玻璃产生了脱落现象，这将时混凝土的空隙率变得更高，将使混凝土的强度进一步的降低。由此我们可以看出适当增加玻璃为细骨料能够让混凝土强度提升，但当增加到一定比例时又会对混凝土强度产生负面影响。玻璃取代率为25%左右时，混凝土整体效果最好。
（a） （b） （c）
图4 50%、75%、100%玻璃掺率浮石混凝土扫描电镜（6000倍）
4.结论
适当增加玻璃为细骨料能够提升混凝土力学性能，但当增加到一定比例时又会对混凝土强度产生负面影响。玻璃取代率为25%左右时，混凝土整体效果最好。取代率超过25%时，混凝土力学性能显著降低，混凝土强度向常规混凝土靠拢。因此可以选用25%取代率的废玻璃浮石轻骨料混凝土来进行施工和生产，既能获得较好的力学性能，又能够降低成本。
参考文献
[1]曾超,甘元初,柯国军,李松.废玻璃粉混凝土力学性能试验研究[J].硅酸盐通报,2014,33(02):377-381.
[2]钱壮志.浮石及其开发利用研究进展[J].矿物岩石,1998(02):111-115.
[3]曾超,甘元初,柯国军,李松.废玻璃粉混凝土力学性能试验研究[J].硅酸盐通报,2014,33(02):377-381.
[4]曹先广,王登山,刘在龙.利用矿物掺合料制备高耐久性混凝土的研究[J].商品混凝土,2017(11):50-53.
[5]颜海滨.矿物掺合料复合化的探讨[J].商品混凝土,2016(07):32-35+48.
[6]李志刚,李家和,张洪贵.粉煤灰与矿渣复合掺合料对混凝土强度影响[J].低温建筑技术,2009,31(04):17-19.
[7]孙振平,蒋正武,王培铭.混凝土外加剂与水泥适应性的改善措施[J].建筑材料学报,2003(04):404-409.
论文作者:王昊,谷明仑,罗晶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：混凝土论文; 浮石论文; 玻璃论文; 骨料论文; 强度论文; 裂缝论文; 水泥浆论文; 《基层建设》2019年第11期论文;