废玻璃粉后期火山灰活性研究

李卓才 黄双凤 周基　靳鹏伟



废玻璃粉后期火山灰活性研究

李卓才1黄双凤2周基1靳鹏伟1

（1湖南科技学院，湖南 永州 425199；2湖南省人民政府，湖南 长沙 410000）

采用无色废玻璃粉作为研究对象，中位粒径分别为16.21μm，15.1μm，9.2μm，取代10%的水泥，制成胶砂试件，测定28d、50d、70d、90d、120d、140d龄期的抗压强度。结果发现：废玻璃粉早期（≦28d）活性低，水化产物少，废玻璃粉活性从龄期50d开始发挥；水化反应后期（≧90d）活性很强，生成大量胶凝产物，还有较多钙矾石。这说明废玻璃粉后期火山灰活性强，具有较大的潜力。

废玻璃粉；后期；火山灰活性

1　引　言

固体垃圾越来越多，其中废玻璃占到约5%-10%。我国城市废弃物中废玻璃含量将近10%，高于国际平均水平。废玻璃主要来源为居民废弃，有研究表明，20%左右的废玻璃由玻璃厂和玻璃纤维厂产生[1]。废弃的玻璃一般采用填埋的处理方式，侵占了大量的农田，进而影响生产生活。科学家想出很多办法处理，有主张回收生产容器的，有主张生产保温砌体的，最新的一种思想是用于混凝土中当建筑材料使用。西方资本主义国家上世纪中叶就开始尝试把废玻璃做骨料，但报道出现过膨胀反应[2]。之后废玻璃混凝土的研究与应用一直停滞不前。有研究人员提出，当废玻璃粉小于一定粒径时，可以忽略膨胀反应。Shao[3]把废玻璃粉取代相同体积的水泥，结果表明活性指数超过75%。宋百姓[4]实验得出28d活性指数小于70%。前期火山灰活性均不高，文章研究了60d-120d的火山灰活性。

2　实　验

2.1实验材料

P.O42.5水泥，比表面积3610cm2/g；标准砂；废玻璃粉，无色，由酒瓶球磨得到，其中位粒径分别为16.21μm，15.1μm，9.2μm，比表面积对应为2430cm2/g，2710cm2/g，3910cm2/g；Ⅱ级粉煤灰。

2.2胶砂试件

用中位粒径分别为16.21μm，15.1μm，9.2μm的废玻璃粉及Ⅱ级粉煤灰分别取代15%的水泥，实验组均加入10gNa2CO4激发剂，得到4组砂浆试件，另外设置一组空白对照组。配合比如下表1所示：

表1.试件配合比

试件编号质量/g 水泥废玻璃粉Ⅱ级灰水标准砂 C14054502251350 C24054502251350 C34054502251350 F04050452251350

2.3活性指数

依照ISO法进行胶砂试件成型养护，试压。测定28d，50d，70d，90d，120d，140d 6个龄期的抗压强度F1，空白组为F0，活性指数H=F1/F0。

3 实验结果讨论

3.1抗压强度与活性指数

5组配合比的试件实验结果如表2和表3所示。

表2.抗压强度(单位：MPa)

试件编号28d龄期50d龄期70d龄期90d龄期120d龄期140d龄期 C051.6728092.5104120 C126.838.950.171.289.2113 C228.443.456.475.492.398.6 C332.347.866.380.299.8129 F041.565.372.198.2115124

表3.活性指数（%）

试件编号28d龄期50d龄期70d龄期90d龄期120d龄期140d龄期 C0100100100100100100 C151.95462.67785.894.2 C25560.370.581.588.882.2 C362.666.482.986.796108 F080.490.790.1106111103

图1.废玻璃粉活性指数

3.2废玻璃粉活性指数与龄期的关系

从表2、表3﹑图1可以看出，28d三种粒径活性指数均少于65%，这主要是由于废玻璃粉是一种结构稳定的网状Si-O键和Al-O键化合物，结构致密，在较短的龄期里很难释放出来。有研究表明此前主要表现为物理活性[5]和颗粒间的镶嵌作用[6]。50d龄期时，废玻璃粉表面开始发生化学反应，产生游离的Si-O和Al-O，参加胶凝反应，活性增强，最强67%，最弱54%；70d龄期时，废玻璃粉活性继续增强，最强的已经达到83%，最弱也超过60%，在这时过半的活性被激发，形成了C-S-H胶凝产物，周围附着Ca(OH)2晶体,还伴随生产了少许钙矾石。从SEM图像可以知道，空白组最致密，胶凝产物和Ca(OH)2晶体也最多，实验组的产物不如对照组多，实验组的产物呈现出一定规律，基本为粒径小的化合产物相对多些，密实一些；90d龄期，活性指数最少达到77%，相当于对照组粉煤灰28d的水平，可以看出后期玻璃粉的活性充分发挥，发生的化学反应用公式表达为[7]：

SiO2+Ca2++OH-→ CaO0.8-1.5·SiO2·H2O0.5-2.0，（1）

Al2O3+Ca2++OH-+SO42-→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O (2)

120d龄期至140d龄期活性指数均到达90%，此时废玻璃粉活性完全激活，产物大量生产，上述述反应（1）﹑（2）均大量发生，尤其以（2）式为主，从电镜图像中可以看到，有大量松针状CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O生成，还有部分呈棒状，整个产物致密，尤其是C3组，产物多而致密。

140d龄期产物里面有胶凝产物，Ca(OH)2晶体，较多棒状钙矾石，实验组的SEM图像呈现铁板状，C3组活性指数甚至高于空白组和F0组，基本上实验组的强度活性指数达到95%，后期水化反应彻底，胶凝产物C-S-H和C-A-H大量生成，有一部分进一步反应，生成了CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，强度更大，超过单纯的水泥水化反应。

4 结　论

当废玻璃粉掺和量为10%时，早期（28d）活性低，少于60%，后期（120d-140d）活性高，基本和水泥的活性相当,表明废玻璃粉具有很强的活性潜力；粒径越小，活性越强，其中以9.2μm粒径活性最强，各组活性指数龄期140d时，最大相差26.2%，龄期28d时，C1组与C2组最小相差2.1%。

[1]柯国军,柏纪平,谭大维.废玻璃用于水泥混凝土的研究进展[J].南华大学学报:自然科学,2010,24(3):96-102.

[2]SHI Caijun,ZHENG Keren.A review on the use of waste glasses in the production of cement and concrete[J]. Resources,Conservation and Recycling,2007,(2):234-247.

[3]CORINALDESI V,GNAPPI G,MORICONI G,etal.Reuse of ground waste glass as aggregate for mortars[J].Waste Management,2005,(2):197-201.

[4]宋百姓.废玻璃粉活性激发实验研究[D].南华大学,2013.

[5]阎培渝.粉煤灰在复合胶凝材料水化过程中的作用机理[J]. 硅酸盐学报,2007,35,(S1):167-171.

[6]阎培渝,张庆欢.含粉煤灰或石英粉复合胶凝材料的抗压强度发展规律[J].硅酸盐学报,2007,35,(3):263-266.

[7]王智,郑洪伟,钱觉时,等.硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较[J].粉煤灰综合利用,1999,(3):15-18.

（责任编校：宫彦军）

2017－04－01

湖南科技学院研究项目（项目编号16XKY072）。

李卓才（1984－），男，湖南娄底人，湖南科技学院助教，硕士，研究方向为结构设计与高性能混凝土应用。

TU528.04

A

1673-2219（2017）06-0046-02