浅析废玻璃在建筑材料中的应用

浅析废玻璃在建筑材料中的应用

陆瑾

(中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063)

摘要：该文探析了废弃玻璃在混凝土、墙材、建筑装饰材料和泡沫玻璃中再利用的四种途径。废弃玻璃应用于建筑材料中，可以有效地减少石料的使用量和废弃玻璃的填埋量，从而减少了对自然环境的破坏。

关键词：废弃玻璃；再利用；建筑材料

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.018

Abstract:This article describes the waste glass that are applied in concrete,wall materials,building and ornament materials,and foam glass.Waste glass applied in building materials can reduce the used amount of stone and the amount of landfill of waste glass.

收稿日期：2015-04-21.

作者简介：陆瑾(1982-)，工程师.E-mail:20378384@qq.com

Application of Waste Glass in Building Materials

LUJin

(China Triumph International Engineering Co,Ltd,Shanghai 200063,China)

Key words:waste glass;recycle;building materials

玻璃制品广泛用于日常生活及房屋建筑中，还被发展成为尖端科技产品及科研生产不可或缺的原材料。与此同时，不可避免地产生大量玻璃废弃物。然而玻璃是一种不能被微生物降解的固体废弃物。目前我国主要的处理方式是将废弃玻璃填埋，这是一种对环境不友好的处理方式。该方式不仅占用大量土地资源，而且对周围自然环境造成破坏。众所周知，玻璃是一种可以回收利、自身循环再利用的资源。每公斤废碎玻璃，可以替代1.2 kg需要开采的原材料；如果玻璃配合料中每增加10%的废玻璃，可节约3%的能源，能减少碳排放大约5%。因此提高废弃玻璃的利用率不仅可以保护自然资源，而且可以减少对能源的消耗和温室气体的排放。这也是建设资源节约型、环境友好型社会的首选。

目前废玻璃所引起的环境污染和资源浪费问题引起社会的普遍关注。寻求一种类似矿渣、粉煤灰等固体废弃物高效循环利用的新技术，提高废玻璃的利用率，是研究者必须面临和解决的迫切问题。发达国家玻璃工作者对废弃玻璃的回收和再利用的相关研究已开展多年，并取得了一系列成果，对废玻璃进行大规模应用提供了技术支持。我国在废玻璃回收和再利用方面起步较晚，技术相对落后。据国家统计局统计，我国每年废弃玻璃有1 040万t，占固体废弃物的5%[1]。废弃玻璃再利用加工成本昂贵，大部分作为垃圾被丢弃，未能充分利用，利用率仅13%～15%[2]，800多万t的玻璃成为废弃物。在欧美发达国家废玻璃占城市生活垃圾总量的4%～8%，回收率达到70%。回收的废玻璃被广泛用作轻集料和辅助胶凝材料。由此可见，我国废玻璃回收和再利用和发达国家存在显著地差异，提高利用率迫在眉睫。

道路、桥梁和建筑等领域需要大量建筑材料，将废弃玻璃应用于建筑材料中，可以有效地减少石料的使用量和废弃玻璃的填埋量，从而减少了对自然环境的破坏，对建设环境友好型社会有重要的意义。该文主要探析了国内外废弃玻璃在混凝土、墙材、建筑装饰材料和泡沫玻璃中再利用情况及未来我国在废玻璃再利用中的发展方向。

1废弃玻璃在建筑材料中应用

1.1　废弃玻璃在混凝土应用

玻璃混凝土指在沥青或水泥混凝土中将破碎的废玻璃替代部分集料而成的混凝土。混凝土是全球消耗最大的建筑材料，广泛用于桥梁、建筑、道路等行业。废玻璃代替部分集料不仅使废弃资源得到最大化利用，而且使工程造价大大降低，大约节约20%~30%的费用。因此将废玻璃用于建筑材料中是最直接且最高效的回收利用废玻璃的方法。

玻璃具有很高的硅含量和非晶特性,是一种非常有前景的胶凝材料。许多研究者已经将废玻璃掺入于水泥和混凝土中，如作为生产硅酸盐水泥的骨料,或作为惰性填料代替部分硅酸盐水泥[3,4]。刘光焰等人研究表明经过破碎的废玻璃具有天然砂的物理性能，将碎玻璃掺入混凝土中代替部分天然沙，当取代率在25%以下时混凝土强度与未掺废玻璃水泥混凝抗压强度相当[5]。查晓雄等人将废玻璃直接应用到钢管混凝土构件中，研究结果表明，玻璃混凝土中碱-硅酸膨胀反应对于钢管混凝土的承载能力的提高具有显著作用，废玻璃能取代混凝土中的粗细骨料将其应用于钢管混凝土是可行的[6]。但是，据已有的研究表明玻璃中含有大量的碱和活性SiO2。废弃玻璃作为玻璃骨料应用到混凝土中，会发生碱—硅酸反应，大多数都会引起碱—硅酸膨胀危害，影响混凝土强度。据国内外文献报道[7,8]。当玻璃骨料粒径小于某一值时，可以有效减轻碱—硅酸反应。据报道，钠钙玻璃粒径小于300 μm时，可以安全地掺入混凝土中[9]。大尺寸的玻璃骨料容易触发碱—硅酸反应而在混凝土中产生微裂纹。因此，将废弃玻璃破碎成玻璃粉后掺入混凝土中，不仅可以减少水泥用量，还可以有效地减轻碱—硅酸反应。

玻璃是无定型的非晶态材料，含有大量的活性SiO2，经破碎磨细到一定程度时，会表现出一定的火山灰活性[10,11]。Nathan Schwarz[12]等人指出，玻璃粉火山灰活性比粉煤灰活性高，并且掺有玻璃粉的混凝土试件抗压强度较掺粉煤灰试件抗压强度高。王丹等人认为掺有废玻璃微粉混凝土电导率以及对应混凝土内部水泥水化程度比掺粉煤灰混凝土高，可通过玻璃粉的火山灰活性作用改善混凝土微观结构，提高对应混凝土力学性能[13]。

在美国、欧盟、日本和我国台湾地区对废玻璃应用于沥青混合料进行了相关研究，并将取得成果应用于路面工程中，大大减少了对天然砂石的开采。我国学者陈风晨、路贺伟、李烽等人认为废玻璃在沥青混合料应用的关键问题在于改善玻璃与沥青的粘附性，研究表明掺加一定比例的废玻璃的沥青混合料试件的马歇尔稳定度、抗车辙能力和抗滑性略有降低；随着废玻璃用量的增加，沥青层表面的反光性增加[14-16]。玻璃沥青混合料的配合比设计、试验验证和摊铺使用的设备和方法等与普通沥青混合料是一致的。因为玻璃碎片的较好的热传导性，玻璃沥青混合料到达摊铺现场的温度比普通沥青混合料低[17,18]。

1.2　废玻璃代替骨料在新型墙体材料中应用

随着社会发展，我国开始实行墙体改革政策，以实现保护土地、节约能源的目的。以粉煤灰、煤矸石、石粉、炉渣、竹炭等为主要原料的新型墙体材料纷纷涌现。使得工业固体废弃物得到了最大化利用，自然环境得到有效保护。与此同时，以废弃玻璃为原材料生产墙体材料也引起了科研工作者的广泛兴趣。在美国，大量的玻璃废弃物应用在建筑工业中，如将废玻璃代替砖的粘土组分作为助熔剂。研究表明，利用玻璃作为助熔剂时，可降低砖的烧成温度，增加砖的强度，同时减少化石能源的消耗，增加砖产量50%[19]。在日本，研究者将不同比例的碎玻璃与粘土混合，研究发现当5%～10%碎玻璃粉与粘土混合时，粘土砖的强度和耐污性得到提升。在欧盟，废玻璃经破碎后掺入一定量的添加剂，然后经压模、成型和焙烧制成饰面砖，该砖具有良好的抗化学侵蚀和耐磨性能。在我国，部分建筑面砖以废弃玻璃为主要原材料，再掺入一定量的可塑性粘土均匀混合，然后经过成型、烧结等工艺制备建筑面砖。这不仅降低了建筑面砖的生产成本，也提高了废弃玻璃的利用率。李刚等人利用粉煤灰和废玻璃粉制备新型墙体材料。试验结果表明，当粉煤灰和废玻璃粉掺量达到一定值时，新型墙体材料强度达到烧结空心砖、普通混凝土小型空心砌块、煤渣砖MU7.5的强度标准等级，而密度则降低近1/2，产品具有较小的吸水性[20]。

1.3　用废玻璃烧结制作马赛克等建筑装饰材料

采用废玻璃烧结制作玻璃马赛克的主要工艺流程是将回收的废玻璃破碎成粉末，将其与一定量的着色剂和粘合剂混合均匀后送入高温窑炉中使其熔化为玻璃液，玻璃液经压延机压制成一定形状的玻璃块，最后将玻璃块退火处理。美国废玻璃回收率达70%以上，其中有一部分用于生产五颜六色的装饰材料。其主要的生产流程是将废玻璃破碎成1 mm 左右的玻璃粉，再掺入一定量的有机颜料，经高温窑炉熔融后冷却制成一定的形状，然后将坯体放入加热炉中进行加热即可制成[21]。

1.4　废玻璃在生产泡沫玻璃中应用

泡沫玻璃是指玻璃体内充满无数开口或闭口气泡的一种玻璃材料,该种玻璃气孔直径大约0.5~5 mm,具有良好的隔热、吸声、难燃等特点,是一种优良的低温超低温保冷、隔热和隔音材料[22]。在美国和欧洲等国将废玻璃作为制备泡沫玻璃的主要原材料，其主要的生产流程是将废玻璃破碎成玻璃粉，再添加少量的发泡剂和一些化工原料混合均匀，然后将其装入模子放入高温炉内加热，在发泡剂作用下形成泡沫玻璃，经过出炉、脱模、退火、铸成一定尺寸的制品。李月明和孙永泰等人利用回收的废旧平板玻璃和瓶罐玻璃，选择合适的发泡剂和其它的添加剂制得具有容重低,抗压强度大的泡沫玻璃，降低了泡沫玻璃的生产成本,保护环境,变废为宝,具有广泛的经济效益和社会效益[22,23]。

此外，废弃玻璃还可用于制造玻璃微珠、引爆弹药所需的摩擦器、金属铸造业的润滑剂、瓷器业的焊剂、污水管、及机械设备覆盖层等方面。

2结语

综上所述，将废弃玻璃用于混凝土、墙材、建筑装饰材料和泡沫玻璃等建筑材料中是很好的固体废弃物综合利用办法。尤其是在当今能源紧缺的时代，利用废玻璃生产建筑材料不仅降低了建筑材料的生产成本,保护环境,变废为宝,具有广泛的经济效益和社会效益。

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