废弃玻璃在混凝土中的应用综述

摘要：本文是对近年来固体废弃物玻璃在混凝土中的利用研究的总结。主要介绍在玻璃混凝土中，掺加玻璃的颗粒大小对混凝土的影响，颗粒越大火山灰活性越弱，易发生碱硅酸膨胀。具体火山灰活性体现与粒径的具体大小，尚不明确。

关键词：废弃玻璃;玻璃砂（粉）;碱-硅酸反应;力学性能

废弃玻璃作为一种固体废弃物，无法像一般垃圾一样做焚烧处理，而且很难自然降解。于是废弃玻璃的回收利用引起了很多人的关注。将废弃玻璃应用到水泥生产中，还有将其作为骨料或者掺和料应用到混凝土中也是一回收利用途径。玻璃的组成成分含有大量的钙和硅，理论上破碎磨细后具有一定的火山灰活性。根据商务部发布的资料^[1]，2017年我国废弃玻璃产出量约为2000万吨，回收量约为1070万吨，回收率达到了53.5%。

最早的有记录将废弃玻璃应用到混凝土是19世纪60年代，有研究人员将玻璃作为骨料加入到混凝土制备中，混凝土出现较为严重的碱-硅酸反应膨胀开裂。在这之后20年内，未有资料显示有将玻璃应用到混凝土中的研究。

在21世纪，由于环境法规和废弃玻璃高昂的处理费用，玻璃作为水泥混凝土集料的使用再次受到关注，并进行了广泛的实验研究。废弃玻璃在混凝土中的应用主要集中在破碎玻璃作为骨料，玻璃粉作为水泥的替代物。

一、废弃玻璃作为混凝土集料的研究

（一）玻璃取代粗细集料

废弃玻璃运用到混凝土中必须要注意的就是粒径大小。国内有研究者^[2]研究了透明玻璃粒径大小对于混凝土的影响，结果显示碱-硅酸反应最大膨胀量发生在加入粒径为1.18～2.36mm透明钠钙玻璃颗粒的试样;0.3mm左右玻璃颗粒的试样与参照试样的膨胀量相近;而含有比0.15mm更细玻璃颗粒的混凝土试件，其膨胀量比参照试样还小。又有研究者^[3]改变粒径和配合比研究透明玻璃，得出以下结论：玻璃粒径为2.36～1.18mm入到混凝土中，会产生严重的碱硅酸破坏，必须加高岭土等碱-硅酸反应抑制剂;玻璃粒径范围为1.18～0.60mm的混凝土工作性能优秀，可以不用添加碱-硅酸反应抑制剂;玻璃骨料粒径<0.15 mm比表面积变大，水灰比当采用较大的比例。国外有研究者，研究了棕色和绿色玻璃粒径对碱-硅反应的影响，试验结果表明，1.18和2.36mm的绿色颗粒表现出最高的反应活性，而其他尺寸的颗粒则表现出相对较低的碱-硅酸膨胀。这与前两位研究者的结果相符合。

（二）玻璃取代水泥

有研究人员对玻璃粉的粒径进行了研究，结果发现小于20μm的玻璃粉的火山灰活性最强，7天、28天和90天的强度活动指数分别为82%、95%和102%。有研究人员^[4]对比使用了四种激发方式，按照激发效果由高到低排序如下：复合活化、水热活化、化学活化、物理活化。最好的激发粒径在6.414～20.710μm之间。有研究人员采取了用水浸泡的方式，研究玻璃粉的浸泡时间长短和掺量对混凝土的影响。最后得出结论在2.5%和5%的玻璃粉混合料和3小时和6小时的浸泡条件下获得了最佳抗压强度。有研究者研究了使用玻璃粉将水泥体积取代量15%、30%、45%、60%的混凝土的力学性能和耐久性能。试验结果显示，玻璃粉在表现火山灰活性的时候消耗量大量的氢氧化钙，且所有含有玻璃粉的混凝土的性能均优于对照混凝土。

有研究者就针对性地做了研究，利用人工神经网络对采集到的数据进行了仿真，并对仿真数据进行了边界处理。试验结果显示，在自密实混凝土中，使用玻璃粉取代水泥，当取代率为5%、13%、20%、30%时，碱-硅酸反应分别减少5%、14%、23%、52%。在水灰比大于0.4的时候，添加玻璃粉会导致混凝土前期抗压强度降低。当使用木质素磺酸钠增塑剂时，最佳水灰比在0.33到0.34之间。相比较传统的混凝土拌合方式，在使用玻璃粉替代水泥的过程中，有研究者使用了新的拌合方式。传统的拌合方式是玻璃粉和水泥、骨料一起进行搅拌。这位研究者采用新方式将玻璃粉先浸泡在水中，之后再加入进行搅拌。结果表明，新的混合方法比传统的混合方法具有更高的抗压强度。在新的混合方法中使用10%的玻璃粉，可以显著提高对照组的抗压强度，约为对照组的130%。经过研究人员的探究， 说明玻璃颗粒的溶解导致自由离子的形成，水溶液中Na和Ca离子的存在，会增加C-S-H形成的机会，形成更致密的界面过渡区和更细的孔隙，消耗掉Ca（OH）2减后期弱碱-硅酸反应，增加后期强度。

二、结语

废弃玻璃运用到混凝土配置当中是可行的，并且可以减少环境的破坏，也利于资源的回收利用，很有实际意义。在玻璃的破碎过程中，容易在玻璃颗粒表面产生大量的细小裂纹，这些裂纹在混凝土的搅拌过程中会受到进一步的发展。最后会对混凝土的力学性能产生较大影响，并且容易产生碱-硅酸反应导致混凝土失去承载力。所以玻璃在混凝土中的应用，玻璃的粒径不能太大，可以作为细集料应用到混凝土中，不建议作为粗集料运用。

废弃玻璃粉由于玻璃自身的成分和较大的比表面积，其火山灰活性会随粒径的减小而增大，对混凝土的和易性流动性有提升作用。玻璃粉在一定比例替代水泥，减小水泥的用量，但并不会导致混凝土的承载能力降低，甚至让混凝土的性能有所增加。

在目前的研究中，研究人员都在尽量回避混凝土的碱-硅酸膨胀。这种现象只能尽量减弱，不能完全避免这类现象的产生。

玻璃粉具有火山灰活性已经被研究证实，但是玻璃具有火山灰活性的粒径界限依然不清晰，这个界限的确立需要进一步研究。

参考文献：

[1].商务部发布《中国再生资源回收行业发展报告（2018）》[J].资源再生，2018（06）：42-51.

[2]姜波，樊云昌，金樹新.玻璃混凝土——玻璃骨料混凝土[J].石家庄铁道学院学报，2001（02）：50-54.

[3]杨凤玲，嵇银行，李玉寿，荀勇.玻璃骨料粒径对玻璃混凝土性能影响的研究[J].混凝土，2012（08）：78-80.

[4]宋百姓. 废玻璃粉活性激发试验研究[D].南华大学，2013.

作者简介：陈龙 西华大学在读研究生，主要研究方向为混凝土材料 。