废弃玻璃取代天然骨料对混凝土性能的影响综述

韦青

【摘要】随着工业的发展，废弃玻璃越来越多，由此产生的环境问题日益严重。鉴于此，各国开展了大量将废弃玻璃运用到混凝土的试验，并取得许多成功经验。本文对废弃玻璃取代天然骨料运用到混凝土中的研究情况进行了总结，并分析了废弃玻璃取代天然骨料在混凝土中的应用前景和可能出现的问题。

【关键词】废弃玻璃，混凝土，骨料

1 研究背景及意义

工业的发展，产生了大量固体废弃物。统计表明，全球固体废渣的7%是废弃玻璃，美国2005年就产出约1280万t。我国每年产生废弃玻璃约1040万t，占固体废弃物总量的5%。目前除了很少一部分能够再次利用或者再次熔化制造玻璃，大部分的废弃玻璃都是通过填埋来处理，这不仅占用大量的土地资源，更造成了生态的破坏。混凝土是当今最大用量的人造建筑材料，其巨量的自然资源需求正加深对环境的破坏。基于此，人们从上世纪六十年代就开始把废弃玻璃应用到混凝土中，这既为废弃玻璃的处理寻找到一条合理的途径，又避免了废弃玻璃对环境的恶劣影响，还实现资源再利用，减少了混凝土生产对自然资源的需求。

2 废弃玻璃取代天然骨料对混凝土性能影响的研究

2.1 废弃玻璃取代混凝土天然粗骨料的研究现状

废弃玻璃在取代混凝土中粗骨料时容易在搅拌中因为碰撞而出现骨料本身的裂缝，从而使混凝土强度降低，破坏荷载下降[1]，但其工作性随废弃玻璃粗骨料取代量的增加而改善。废弃玻璃表面一般为片状，表面比较光滑，因而其与水泥浆粘结性能不好，界面过渡区强度较低，所以废弃玻璃取代粗骨料的混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度与普通混凝土试件破坏形式及随龄期的变化规律基本类似，但是随着取代率的增加，其下降更大。

2.2 废弃玻璃取代混凝土天然细骨料的研究现状

将废弃玻璃磨细得到用来取代天然细骨料，其形状与天然砂一样，但废弃玻璃细骨料表面呈现不规则菱角，相对于天然砂来说，其摩擦力很大，不利于混凝土的工作性，尤其是当大于0.6mm的部分占到一定比例时对混凝土工作性有明显影响。但是当小于0.1mm的废弃玻璃骨料取代天然细骨料时，从微观上来看，没有发现什么对粘结性能不利的现象，相反最终得到的混凝土的力学性能得到了增强，这可能归因于废弃玻璃的微观结构。

总体来说，废弃玻璃细骨料混凝土试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度与普通混凝土试件破坏形式及随龄期的变化规律类似，随着取代率的增加，试件立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度总体都呈降低的趋势，但是取代率小于20%时，其强度与普通混凝土差别不大[2]。

2.3 废弃玻璃取代天然骨料对混凝土耐久性影响的研究

2.3.1 废弃玻璃取代天然骨料混凝土中的碱骨料反应

按目前相关的理论与分法[3]，碱骨料反应大致分为三类：①碱-硅酸反应②碱-碳酸盐反应③碱-硅酸盐反应。其中碱-硅酸反应是混凝土中的最常见的碱骨料反应。有研究表明，废弃玻璃取代30%细骨料的混凝土会碱骨料反应产生0.2%的体积膨胀。目前抑制碱骨料反应的途径有以下几种：①将废玻璃磨得很细，使其起填充作用的同时发挥其固有的火山灰效应，可以改善超高性能水泥基材料微觀结构[4]。②掺入活性掺和料来抑制其碱骨料反应。③掺入微量含锂的盐（如Li2CO3）[5]。

2.3.2 废弃玻璃取代天然骨料混凝土中的抗氯离子渗透能力

废弃玻璃取代天然粗骨料，随着废弃玻璃取代率的增加，混凝土抗氯离子扩散能力下降；废弃玻璃取代天然细骨料，随着废弃玻璃取代率的增加，其混凝土抗氯离子扩散能力增强[6]。总之，废弃玻璃取代天然骨料混凝土的抗氯离子扩散能力取决于废弃玻璃的尺寸、取代率等。

2.4 关于废弃玻璃取代天然骨料在混凝土中应用的其他研究成果

Sara de Castro，jorge de Brito用废弃玻璃分别取代天然粗骨料，天然细骨料，和同时取代，取代率分别为0%、5%、10%、20%。得到结论：①配置出的混凝土28d强度降低，分析原因可能是因为界面过渡区的联接力弱，玻璃骨料与水泥浆的粘结性能差，取代细骨料又导致了比较高的水灰比；②取代率为10%时，比起单独取代天然粗骨料或细骨料，同时取代时，其通过毛细管作用的吸水效果更好；③取代后的混凝土与标准混凝土的微观结构相似，通过浸入方式的吸水也差不多；④取代后的混凝土虽然7d、28d的碳化更深，但随着废弃玻璃取代率的增加，其56d、91d抗碳化效果比标准混凝土的效果好很多，说明了磨细之后的废弃玻璃随龄期的增加，其火山灰性能逐渐释放出来；⑤取代后的混凝土的干缩量接近标准混凝土，当同时取代的时候可以得到最小的干缩量。

S.C.Kou，C.S.Poon用废弃玻璃取代河沙和10mm粒径的花岗岩配置自密实混凝土（SCC），结果表明：配制出的SCC立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗氯离子渗透能力均减小，同时干缩量也减小。用废弃玻璃取代天然骨料配置SCC总体来说是可行的。

用废弃玻璃取代天然骨料配制的玻璃沥青混凝土具有高温稳定性、水稳定性、抗滑性等，具有良好的反光性能，同时可以增强道路在夜间的可视度。但是将粒径大于9.5mm的废弃玻璃骨料掺入到沥青混合料中，经过路面压实等工序，玻璃集料会产生平行于路面排列的趋势，这将导致路面抗滑性能降低[7]。

3结论

（1） 由于玻璃的密度比天然骨料的密度小，可以用来配制轻混凝土，同时获得好的经济效益。

（2） 废弃玻璃取代细骨料要优于粗骨料，粒径越小越好。当在20%以内取代细骨料时，与天然骨料的效果差不多。

（3） 废弃玻璃取代天然骨料对混凝土性能影响因素很多，在混凝土配制的时候必须对最佳掺量进行碱骨料活性等耐久性检测，通过适当措施对可能发生混凝土破坏的因素进行控制。

（4）废弃玻璃取代天然骨料对玻璃混凝土的强度和耐久性等研究还有待进一步加深。

参考文献

[1] 刘光焰，王晓峰.废弃玻璃粗细骨料对混凝土的性能和强度对比研究[J].混凝土.2012，8（274）.

[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.

[3] 苏凤莲，王萍，邵菁，等.混凝土碱骨料反应问题及预防措施[J].华北水利水电学院学报，2002，23（4）：22-25.

[4] 刘数华，徐志惠，孙永波，刘显军和张洁.废弃玻璃粉在超高性能水泥基材料中的应用研究[J].混凝土与水泥制品，2012，11.

[5] Topcu I B，Raif Boga A，Bilir T.Alkali silica reactions of mortars produced by using waste glass as ne aggregate and admixtures such as fly ash and Li2CO3[J]. Waste Management ，2008，28（5）：878-884.

[6] 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（278）.

[7] 张国强，姚立阳.废弃玻璃在沥青混合料中的应用研究现状及展望[J].平顶山工学院学报.2007，5.