废旧玻璃及再生骨料对混凝土强度影响研究

张怀强

（华设设计集团股份有限公司， 江苏 南京 210014）

随着我国城市化规模不断扩大，在对构筑物进行建造及拆毁的过程中会产生大量的建筑垃圾。其中混凝土废料及钢化玻璃废渣占了很大一部分。我国现阶段对于建筑垃圾的循环处理率较低，人们常将诸如混凝土废料等大部分建筑垃圾运往城市郊区空地露天堆放或者进行简易填埋，这不仅会造成土地资源的浪费而且会极大地污染环境。对于废弃钢化玻璃，由于其化学性能稳定，不可降解等特点，会对环境造成污染，并且钢化玻璃由于自身质量缺陷和化学组成等原因有可能会发生自爆，处理不当会造成危险。对于这些建筑垃圾的一种良好处理方法就是回收再利用，可将废弃混凝土砸碎，充当粗骨料以一定的替代率代替石子来制作再生混凝土，将钢化玻璃废渣磨成粉末充当细骨料以一定的替代率代替砂以提高混凝土的强度。这种方法经济适用、绿色环保、具有一定的实用价值。废旧玻璃的主要成分为无定形二氧化硅（SiO2），是一种潜在的火山灰活性材料。废旧玻璃做为固体废弃物，即污染生态环境又浪费能源[1]。近年来，国内外学者尝试用废旧玻璃取代粗骨料、细骨料或胶凝材料配制再生混凝土，对其配合比、施工性能、力学性能、耐久性等进行了较全面的研究。尤忆[2]采用废弃的阴极射线管玻璃替代细骨料制备混凝土，可明显提高混凝土坍落度和抗折抗压强度。曾超[3]探讨了废旧玻璃粉掺入混凝土时的应力应变关系，结果表明，废旧玻璃粉参量是影响废玻璃粉混凝土抗压强度的重要因素。赵祖芳[4]将废旧玻璃粉分别替代混凝土中的部分粗颗粒和细颗粒制备改性混凝土标准试件，研究表明废旧玻璃会降低混凝土强度。本文以废旧玻璃取代细骨料配制再生混凝土，测试再生混凝土龄期为3d、7d、14d和28d时的抗压强度值，研究废旧玻璃对再生混凝土强度影响。

1 试验方案

1.1 原材料

（1）水泥：采用海螺牌32.5的普通硅酸盐水泥；

（2）粗骨料：由当地路面 C30混凝土破碎筛分而成，晒干粗骨料为粒径4.75-25mm连续级配碎；

（3）细骨料：细骨料为天然河砂，粒径0.075～4.75mm连续级配；

（4）废旧玻璃：将废旧玻璃清洗晒干后，破碎机破碎，磨粉机粉磨为粒径小于4.75mm的颗粒，其筛分级配表如表1所示。

表1 废旧玻璃筛分级配表

1.2 实验室配合比设计

本试验配制 C20强度等级混凝土，再生骨料取代率分别为 0%、25%、50%、75%，废旧玻璃取代率分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%。因再生混凝土破碎时，骨料表面水泥、砂浆等杂质不能完全清除，且在破碎过程中，骨料内部产生一定裂纹，这些原因都促使再生混凝土骨料的吸水率较大，废旧玻璃取代细骨料时，因废旧玻璃具有棱角，也使因此为了确保配合比的施工性能，经调整后的配合比如表2所示。

表2 再生混凝土配合比

1.3 试块制作与养护

试验按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T50080-2016）》进行，试件尺寸为100mm*100mm*100mm，采用机械搅拌方式，浇模24h后拆模，拆模之前将废旧玻璃水泥混凝土试块放置于避光处养护，且由于天气干燥，试块中水分容易蒸发，经常在试块上洒水，且用保鲜膜保护，拆模后在温度为20±2℃，湿度为95%以上的标准条件下养护，直至试验规定龄期。

2 试验结果及分析

表3 再生混凝土抗压强度值

表3的实验数据说明，再生混凝土的抗压强度比天然混凝土的抗压强度低，随再生粗骨料的增加，再生混凝土的抗压强度整体呈下降趋势，但替代率为59%时，再生混凝土的抗压强度较高。废旧玻璃再生混凝土试块破坏后，用铁棍轻轻敲击再生混凝土试块，发现玻璃集料先脱落，然后石子和水泥脱落，原因可能是废旧玻璃表面光滑，水泥浆包裹不牢固。从表3可以看出，总体上再生混凝土3d、7d、14d和28d抗压强度都随着废旧玻璃掺量的增加呈下降趋势；当掺量大于20%时，再生混凝土3d、7d、14d和28d抗压强度下降趋势较为明显。废旧玻璃掺量为15%时是例外，此时再生混凝土3d、14d和28d抗压强度比基准混凝土稍有增加，7d抗压强度稍有下降。

3 废旧玻璃和再生骨料混凝土应用分析

废旧玻璃和废弃混凝土，一般采用的是传统埋置而不是再生利用，主要原因为：

1、技术原因

普通混凝土生产施工都具备国家标准，拥有严格的生产施工工艺，技术比较成熟，而再生混凝土相关技术不成熟，生产不规范，特别是废旧玻璃对再生混凝土进行改性的文献虽较多，但结论不一，主要因为废弃混凝土和废旧玻璃质量不同，其最佳替代率也不同，制备的再生混凝土工作性能、力学性能和耐久性都有很大的不同，这往往使人们对再生混凝土的质量存疑，也就限制了再生混凝土的推广使用[5]。

2、再生混凝土生产基地不统一

如今的在建工程都使用天然混凝土，因为天然混凝土质量统一，技术成熟，商家供货方便及时，但再生混凝土生产基地较少，这是因为受到城市建设规划及建设成本的限制。

3、社会认识不足

再生混凝土是一种新型材料，运用废旧玻璃对其进行改性符合国家可持续发展战略，满足国家绿色建筑的重要需求，但人们缺乏足够的认知，且再生混凝土技术不够成熟，其各方面性能和普通混凝土还有很大差距，所以人们对再生混凝土的安全运用就产生了质疑[6]。

4 结语

再生骨料和废旧玻璃作为混凝土的集料具有可行性，且可以降低工程造价，减轻固体废弃物对环境污染，缓解砂石骨料供应紧张问题，有望从根本上解决废弃混凝土引发的一系列社会问题[7-8]，但因为再生骨料表面难以彻底清洁，所以再生骨料混凝土需水量增加，而废旧玻璃因棱角性，导致废旧玻璃混凝土在拌合时发生摩擦，坍落度降低，所以使用废旧玻璃改性水泥混凝土时也需要增加水的用量。通过对废旧玻璃和再生骨料对混凝土的改性研究，得出再生骨料最佳替代率为50%，废旧玻璃最佳替代率为15%，此时再生混凝土3d、14d和28d龄期的抗压强度都有所增加。