废玻璃细骨料混凝土试验研究

赫文秀

(辽宁水利职业学院,沈阳　110122)



废玻璃细骨料混凝土试验研究

赫文秀

(辽宁水利职业学院,沈阳110122)

随着城镇化的日益加快，城市中废弃的玻璃越来越多，如何将其回收、利用是我们亟待解决的问题。本文以废玻璃为研究对象，通过室内试验研究发现：将废玻璃磨细取代混凝土的细骨料是可行的，并随着废玻璃取代率的增加，废玻璃细骨料混凝土流动性逐渐增大，而抗压强度逐渐降低。当取代率不超过20%时，废玻璃细骨料混凝土的抗压强度与普通混凝土的抗压强度基本相同，结合废玻璃细骨料混凝土的流动性和抗压强度要，确定废玻璃的最佳取代率为20%。与此同时，根据抗压强度试验结果，运用回归分析确定废玻璃细骨料混凝土抗压强度与取代率之间的预测公式，为实际工程应用提供一定参考价值。

废玻璃细骨料混凝土； 流动性； 抗压强度； 预测公式

1　引　言

随着经济的快速发展，城镇化进程的不断加快，产生了大量地建筑垃圾。据统计，我国每年产生的建筑垃圾约为20亿吨，其中5%是废玻璃。如何将这些废玻璃进行回收再利用是我们需要亟待解决的问题。近年来，国内外的专家学者将废玻璃磨细作为混凝土的粗、细骨料，研究其对混凝土性能的影响。国外在20世纪90年代开始研究废玻璃骨料混凝土。通过研究发现：在合理的取代范围内，将玻璃磨细取代一定量的细骨料是可行的[1-3]。随着国家节能减排目标的实施，近年来我国许多的专家学者也开始致力于废玻璃混凝土的研究，并取得一定的成果。夏冰华等[4]以强度等级C30的混凝土为研究对象，将废玻璃取代细骨料，并经试验发现：废玻璃混凝土的抗压强度随废玻璃取代率的增加而减小；王凤池等[5]利用废玻璃等量取代混凝土粗、细骨料发现：随着废玻璃取代粗骨料、细骨料数量的增加，混凝土坍落度逐渐增大，而且取代粗骨料比取代细骨料坍落度的变化大；李玉寿等[6]在废玻璃混凝土中加入适量碱硅酸反应抑制剂—偏高岭土，通过试验研究发现：掺适量偏高岭土可以有效地抑制混凝土的变形，提高混凝土的后期强度；刘光焰等[7]对废玻璃混凝土抗氯离子渗透性进行研究发现: 废玻璃作为混凝土的细骨料，其抗氯离子扩散能力比天然骨料要好，且随着废玻璃骨料的增加，混凝土抗氯离子扩散能力逐渐增强。

本试验以废玻璃取代天然河砂制备废玻璃细骨料混凝土，旨在研究不同取代率的废玻璃对混凝土性能的影响。并通过回归分析，建立废玻璃取代率与抗压强度之间的预测公式，从而为废玻璃的回收再利用提供一定的参考价值。

2　试　验

2.1试验原材料

(1)水泥：采用抚顺大伙房水泥有限责任公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥。

(2)粗骨料：采用葫芦岛市绥中县狗河生产的卵石，粒径范围为0～40 mm。

(3)细骨料：采用沈阳市浑河生产的河砂，经筛洗后备用，其性能见表1所示。

表1细骨料(中砂)性能指标

Tab.1Performance index of fine aggregate (medium sand)

性能指标表观密(kg/m3)堆积密(kg/m3)细度模数孔隙率(%)试验结果260015702.740

(4)废玻璃：废玻璃经过加工处理后具有表面多菱角，硬度高，易破碎，耐久性好等特点，本试验采用回收的啤酒瓶，经破碎机破碎后用4.75 mm的方孔筛筛取试样，其性能见表2所示。

表2废玻璃性能指标

Tab.2The performance index of waste glass

废玻璃的性质表观密(kg/m3)堆积密(kg/m3)细度模数孔隙率(%)试验结果251016152.936

2.2试验方案

本试验以C30混凝土为基础，按照0%、10%、20%、30%、40%、50%、75%、100%的取代率取代天然砂，并按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000规范要求进行配比设计，其设计方案见表3所示。

表3混凝土配合比设计方案

Tab.3The ratio design of concrete mixture

取代率水泥(kg)水(kg)石子(kg)砂(kg)废玻璃(kg)外加剂(kg)0%320175133557203.210%3201751335515573.220%32017513354581143.230%32017513354001723.240%32017513353432293.250%32017513352862863.275%32017513351434293.2100%320175133505723.2

2.3试件的制作与养护

试验采用混凝土机械搅拌机进行搅拌，将搅拌好的混凝土进行坍落度试验，然后按照规范要求将混凝土放入150 mm×150 mm×150 mm立方体试模中经振捣成型后，放入标准养护条件下进行养护，每组试件3块，分别养护3 d、7 d、28 d后取出按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002进行抗压强度试验。

3　结果与讨论

3.1废玻璃细骨料混凝土坍落度试验结果与分析

将废玻璃混凝土拌合物搅拌均匀后，按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080-2002规定进行坍落度试验，试验结果见表4所示。

表4废玻璃细骨料混凝土坍落度试验结果

Tab.4The concrete slump test results of waste glass fine aggregate

取代率0%10%20%30%40%50%75%100%坍落度(mm)4649535763687274

由表4坍落度试验结果可以看出，随着废玻璃取代率的增加，混凝土的坍落度逐渐增大，当废玻璃取代率为100%时，其坍落度为普通混凝土的1.6倍。废玻璃混凝土坍落度大于普通混凝土的坍落度，一方面是由于废玻璃表面比较光滑，在混凝土搅拌过程中可以起到很好的润滑作用，减少骨料之间的摩擦力，增加混凝土的流动性；另一方面是由于废玻璃是种相对密实性材料，吸水率低，当取代率较高时，混凝土拌合物的流动性较大。可知，利用回收加工的废玻璃作为混凝土细骨料，能够增加混凝土的流动性。

根据混凝土坍落度试验结果绘制混凝土拌合物坍落度变化曲线如图1所示。从图坍落度与取代率之间的关系曲线可以看出，随着取代率的增加，混凝土拌合物坍落度逐渐增大，流动性逐渐增强。从图坍落度变化率与废玻璃取代率之间关系曲线可知，当废玻璃取代率为20%～75%之间时，混凝土拌合物坍落度变化率较大。

3.2废玻璃混凝土抗压强度试验结果与分析

将废玻璃混凝土养护不同龄期后，按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度试验，其试验结果见表5所示。

表5废玻璃混凝土抗压强度试验结果

Tab.5The test results of compressive strength of waste glass concrete

取代率 各龄期强度0%10%20%30%40%50%75%100%3d20.319.719.417.916.715.013.213.27d31.530.229.829.026.021.322.321.428d39.238.037.635.032.031.126.325.5

从图2可以看出，随着废玻璃取代率的增加，混凝土的抗压强度逐渐降低。当废玻璃取代率不超过20%时，废玻璃细骨料混凝土的抗压强度约为普通混凝土抗压强度的95%左右，抗压强度变化不明显。当取代率20%～75%之间时，废玻璃细骨料混凝土的抗压强度变化曲线近似于呈直线下降。当取代率超过75%时，抗压强度仅为普通混凝土抗压强度的65%左右。由此可知，用不超过20%废玻璃取代砂制作混凝土是可行的。

图2　不同龄期废玻璃细骨料混凝土抗压强度变化曲线Fig.2　The change curve of the compressive strength of the waste glass fine aggregate concrete in different age

图3　不同龄期废玻璃取代率与混凝土抗压强度之间的关系Fig.3　The relationship between of the replacement rate and the compressive strength of concrete in different age

经过研究分析发现，混凝土养护时间较短时(3 d)，随着废玻璃取代率的增加，混凝土的强度逐渐下降，近似于一条直线，这主要是由于混凝土养护时间较短，其强度主要来源于水泥水化和硬化后的强度，废玻璃的影响不明显[8]。随着混凝土养护时间的增加(28 d)，混凝土的强度变化就比较明显，当取代率不超过20%时，混凝土的抗压强度下降不明显。随着取代率的逐渐增加(20%～75%)，混凝土强度下降的较快，这主要是由于天然细骨料逐渐减少，废玻璃逐渐增多，而废玻璃表面比较光滑，与硬化后的水泥石粘结强度较小[9]，当有外力作用在混凝土上时，易在界面处发生破坏，使混凝土抗压强度下降。当取代率超过75%时，由于废玻璃与水泥石之间的粘结强度不高，导致混凝土的强度只能达到普通混凝土强度的65%左右。因此，在本试验条件下，废玻璃作为混凝土的细骨料取代砂子是可行的，并存在最佳取代率为20%。

3.3建立废玻璃取代率与抗压强度之间预测公式

为了能直观反应不同废玻璃取代率与抗压强度之间的变化规律，本试验根据表5的试验结果，运用Excel软件进行回归分析得到，不同龄期条件下，不同龄期废玻璃取代率与混凝土抗压强度之间的关系如图3所示，其预测公式如下所示：

fcu,3d=-1.15x+22.1R2=0.9631

(1)

fcu,7d=-1.6512x+33.87R2=0.9035

(2)

fcu,28d=-2.106x+42.56R2=0.9587

(3)

式中：fcu,3d-龄期为3 d的废玻璃混凝土的抗压强度；fcu,7d-龄期为7 d的废玻璃混凝土的抗压强度；fcu,28d-龄期为28 d的废玻璃混凝土的抗压强度；x-废玻璃取代率，0

根据废玻璃细骨料混凝土抗压强度试验结果，运用回归分析得到公式的相关系数R2均在0.9以上，说明按照上述公式进行预测效果较好，公式(1)～(3)具有较强的实用性。

4　结　论

(1)通过试验研究发现，随着取代率的增加，废玻璃细骨料混凝土的坍落度逐渐增大，当取代率达到100%时，坍落度增加1.61倍。废玻璃取代率为20%～75%时，坍落度的变化率较大；

(2)通过与普通混凝土抗压强度比较发现，废玻璃细骨料混凝土抗压强度随着取代率的增加而减小。当取代率不超过20%时，废玻璃混凝土与普通混凝土的抗压强度变化不大，综合混凝土的坍落度变化规律和抗压强度变化规律得到，在本次试验条件下，废玻璃的最佳取代率为20%；

(3)根据废玻璃细骨料混凝土抗压强度试验结果，运用科学的分析方法，建立不同龄期废玻璃细骨料混凝土抗压强度与取代率之间的预测公式(1)～(3)，并通过分析检验公式具有较强的实用性，为废玻璃的回收再利用提供一定的参考。

[1]刘光焰，秦荣，王晓峰.废玻璃应用于混凝土的试验研究[J].混凝土，2009，238(6)：66-68.

[2]梁炯丰，李爱飞，杨凤.废弃玻璃细骨料混凝土试验研究[J].混凝土与水泥制品，2013，7(7)：80-82.

[3]杨凤玲，李玉寿，荀勇，等.废玻璃细骨料混凝土的试验研究[J].混凝土，2011，263(9)：81-84.

[4] 夏冰华，刘远才，徐国林.废玻璃混凝土抗压性能的试验研究[J].混凝土，2013，(7)：26-29.

[5] 王凤池，王振伟，张霓，等.废玻璃集料对混凝土强度的影响[J].新型建筑材料，2011，(11)：12-14.

[6] 李玉寿，荀勇，陈国伟. 废玻璃骨料混凝土试验研究[J].混凝土，2006，(6)：53-55.

[7] 刘光焰，王晓峰. 废弃玻璃骨料混凝土氯离子渗透性试验研究[J].混凝土，2012，(12)：15-16.

[8] 曾超，甘元初，柯国军，等.废玻璃粉混凝土力学性能试验研究[J].硅酸盐通报，2014，33(2)：377-381.

[9] 王海娟，张义顺，赵继芬，等.利用废旧玻璃粉细掺料制备混凝土实验研究[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2012，(5)：608-612.

Experimental Study on Waste Glass Particles as Fine Aggregate of Concrete

HEWen-xiu

(Liaoning Water Conservancy Vocational College,Shenyang 110122,China)

With the increasing urbanization, more and more waste glass in city is emerging, how to recycle it is the problem that we need to solve. This paper introduces results of using ground waste glass as fine aggregate partially replacing natural fine aggregate . With waste glass replacement rate increased fine aggregate, concrete flowability increases gradually, and compressive strength decreased gradually. When the substitution rate is less than 20%, the compressive strength of waste glass fine aggregate concrete and ordinary concrete is basically the same, combined with the results of fluidity with waste glass fine aggregate and compressive strength, the best substitution rate waste glass as fine aggregate is 20%. At the same time, the compressive strength of concrete with waste glass fine aggregate can be predicted, by regression analysis and provide certain reference for engineering application.

waste glass fine aggregate concrete;mobility;compressive strength;prediction equation

赫文秀(1985-)，女，硕士研究生,助教.主要从事建筑材料与检测方面的研究.

TU528

A

1001-1625(2016)05-1647-05