废旧玻璃粉对水泥胶砂性能的影响

陈向哲，丁丽芳，周亮

（河北建设集团股份有限公司，河北 保定 071000）

随着科技的飞速发展和生活质量的提高，玻璃及其加工制品开始广泛应用于各个领域，与此同时，废旧玻璃的产出量也在不断增加。我国目前的废旧玻璃回收利用率约为 30% 左右，低于全球平均水平。在我国，不能回收利用的固体废弃物大多通过填埋的方式处理，造成了资源的大量浪费。因此，找到可以高效利用废旧玻璃的途径成为主要研究方向。

1 原材料

（1）水泥：选取京兰 P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，该水泥各项性能指标均符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定要求，主要性能指标见表 1。

表1 水泥的物理性能指标

（2）粉煤灰：选用清苑Ⅱ级粉煤灰，主要性能指标见表 2。

表2 粉煤灰基本性能

（3）矿粉：选取乾华 S95 级矿粉，主要性能指标见表 3。

表3 矿粉的技术指标

（4）水：选用饮用水。

2 试验方法

2.1 玻璃粉制备

本试验所采用的玻璃是废品回收站收购的废弃玻璃，除去表面非玻璃杂质，用人工破碎的方法，先将大块玻璃破碎成小块，然后用压碎值指标测定仪进行压碎，再利用小型球磨机将破碎好的玻璃分别粉磨 20min、30min、40min 后密封备用。为保证试验的准确性，球磨之前先将球磨机内部打扫干净，以防止废玻璃粉中掺入其他杂质，影响废玻璃粉纯净度。

2.2 水泥胶砂试验

依据 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》和 GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》相关规定，本研究将玻璃粉、矿粉和粉煤灰分别以 0%、5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥进行水泥胶砂试验，制备玻璃粉、矿粉和粉煤灰胶砂试件，然后进行胶砂流动度、胶砂试件 28d 抗折强度、28d 抗压强度等试验。

3 试验结果

利用 SM-500 型水泥试验磨对废旧玻璃进行不同时间的磨细，利用激光粒度仪和水泥细度负压筛析仪分别测定不同粉磨时间玻璃粉的比表面积和细度，研究粉磨时间对废旧玻璃粉比表面积和细度的影响；将不同比表面积的废旧玻璃粉以不同比例替代水泥进行胶砂试验，通过制作胶砂试件，分析比表面积对胶砂活性指数的影响。通过对比不同比表面积废旧玻璃粉的胶砂活性对废旧玻璃粉的比表面积进行优选，选出最优比表面积的废旧玻璃粉。

3.1 粉磨时间对废旧玻璃粉细度及比表面积影响

不同粉磨时间废旧玻璃粉的细度、比表面积及粉煤灰（F）细度、矿粉（KF）比表面积如表 4 所示，表中 T20、T30、T40 分别表示使用 SM-500 型水泥试验磨粉磨 20、30、40 分钟的废旧玻璃粉。

表4 废旧玻璃粉比表面积和细度随粉磨时间变化表

用激光粒度仪测试不同粉磨时间废旧玻璃粉粒度分布图见图 1～3。

从图 1 可以看出废旧玻璃粉粉磨 20min 出现 3 个峰值，粒径分布不均匀，且 10μm 以上的颗粒含量占 81.36%；图 2、图 3 略好于图 1，说明粉磨 30min 和 40min 略好于粉磨 20min，但是也出现 2 个峰值。对比 T30 和 T40 可以发现，T30 玻璃粉颗粒中 10μm 以上的颗粒含量占 54.95%，T40 玻璃粉颗粒中 10μm 以上的颗粒含量占 50.28%，T40 的细颗粒含量高，说明粉磨时间越长，玻璃粉颗粒越细，但是超过 30min 后，细度变化不大。

图1 废旧玻璃粉磨 20min 粒径分布图

图2 废旧玻璃粉磨 30min 粒径分布图

图3 废旧玻璃粉磨 40min 粒径分布图

根据表 4 绘制废旧玻璃粉细度随粉磨时间变化图，如图 4 所示，与粉煤灰细度进行对比，如图 5 所示。

图4 废旧玻璃粉细度折线图

图5 废旧玻璃粉细度与粉煤灰对比图

从图 4 可以看出随着粉磨时间的增加，废旧玻璃粉的细度逐渐变小，T20 到 T30 变化速率较大，T30 到 T40 变化速率变缓；从图 5 与粉煤灰细度对比图可以看出粉磨 T20 细度较大，粉磨 T30 和粉磨 T40 与粉煤灰细度相近。

根据表 4 绘制废旧玻璃粉比表面积随粉磨时间变化图，如图 6 所示，与矿粉比表面积对比，如图 7 所示。

图6 废旧玻璃粉比表面积折线图

图7 废旧玻璃粉比表面积与矿粉对比图

从图 6 可以看出随着粉磨时间的增加，废旧玻璃粉的比表面积逐渐增大，同细度变化规律相似，T20 到 T30 变化速率较大，T30 到 T40 变化速率变缓；从图 7 与矿粉比表面积对比图可以看出，T30 和 T40 与矿粉比表面积接近，T20 与矿粉比表面积相差较大。

小结：废旧玻璃粉的细度随粉磨时间延长逐渐变小，粉磨时间超过 30min 后，细度减小速率变小；比表面积随着粉磨时间的增加而增加，与细度变化规律相似，当粉磨时间超过 30min 后，比表面积增加的速率变化不大。可见，废旧玻璃粉在机械磨细的过程中，物料发生脆性破坏，使废旧玻璃粉的颗粒变细，比表面积增加。

3.2 玻璃粉对胶砂流动度试验影响

通过对比细度和比表面积试验，优选粉磨 30min 和 40min 废旧玻璃粉进行胶砂试验。本次试验主要研究废旧玻璃粉的粉磨时间对胶砂性能的影响。不同粉磨时间废旧玻璃粉分别以 5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥进行水泥胶砂试验，并分别与基准试件及相同取代率的粉煤灰和矿粉进行比较。

根据表 5 数据绘制玻璃粉不同掺量胶砂流动度折线图及 30% 掺量时玻璃粉与矿粉、粉煤灰流动度对比折线图，详见图 8 及图 9。

由表 5 和图 8 可以看出，随着玻璃粉掺量的增加，胶砂流动度有高有低，没有明显规律。通过图 8 可以看出，在相同掺量时，玻璃粉胶砂的流动度均大于粉煤灰胶砂的流动度。从图 9 可以看出，在 30% 掺量时，水泥胶砂流动度具体排序为：T40＞T30＞矿粉＞基准＞粉煤灰。

图8 胶砂流动度折线图

图9 30% 掺量胶砂流动度对比图

表5 玻璃粉胶砂流动度

小结：优选粉磨 30min 和 40min 废旧玻璃粉分别以 5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥进行水泥胶砂试验，并分别与基准试件及相同取代率的粉煤灰和矿粉进行比较。随着玻璃粉掺量的增加，胶砂流动度有高有低，没有明显规律。在各掺合料掺量为 30% 时，水泥胶砂流动度具体排序为：T40＞T30＞矿粉＞基准＞粉煤灰。

3.3 玻璃粉对胶砂强度影响

玻璃粉的胶砂强度决定着玻璃粉作掺合料混凝土的强度，是玻璃粉作混凝土掺合料最为重要的指标。本次试验对比不同粉磨时间玻璃粉胶砂强度的影响进行研究，并与纯水泥的胶砂强度和粉煤灰、矿粉的胶砂强度进行对比分析。

不同粉磨时间废玻璃粉胶砂强度见表 6。

根据表 6 绘制不同粉磨时间玻璃粉不同掺量 28 天胶砂强度变化规律折线图（图 10），及 30% 掺量时与矿粉、粉煤灰对比折线图（图 11）。

表6 玻璃粉胶砂强度

从图 10 可以看出，除矿粉外，T30、T40 以及粉煤灰水泥胶砂强度均随着掺量的增加，强度呈下降趋势，且 T30、T40 胶砂强度略高于粉煤灰胶砂强度。从图 11 可以看出，30% 掺量时胶砂强度排序为：矿粉＞基准＞T40＞粉煤灰＞T30。

图10 胶砂强度折线图

图11 30% 掺量胶砂强度对比图

小结：通过胶砂强度试验可以得出结论：T30、T40 以及粉煤灰水泥胶砂强度均随着掺量的增加，强度呈下降趋势，且 T30、T40 胶砂强度略高于粉煤灰胶砂强度；30% 掺量时胶砂强度排序为：矿粉＞基准＞T40＞粉煤灰＞T30。当玻璃粉粉磨时间低于 40min 时，玻璃粉活性较低，低于粉煤灰，所以当玻璃粉作为掺合料应用于混凝土时，粉磨时间不宜低于 40min。

4 结论

首先对废旧玻璃粉进行了粉磨，然后通过对玻璃粉细度及表面积对比优选玻璃粉掺量，进行胶砂流动度及胶砂强度试验，并与矿粉及粉煤灰流动度、活性对比。

（1）废旧玻璃粉的细度随粉磨时间延长逐渐变小，粉磨时间超过 30min 后，细度减小速率变小；比表面积随着粉磨时间的增加而增加，与细度变化规律相似，当粉磨时间超过 30min 后，比表面积增加的速率变化不大。

（2）优选粉磨 30min 和 40min 废旧玻璃粉分别以不同比例替代水泥进行水泥胶砂试验，并分别与基准试件及相同取代率的粉煤灰和矿粉进行比较。随着玻璃粉掺量的增加，胶砂流动度有高有低，没有明显规律。在 30% 掺量时，水泥胶砂流动度具体排序为：T40＞T30＞矿粉＞基准＞粉煤灰。

（3）通过胶砂强度试验可以得出结论：T30、T40 以及粉煤灰水泥胶砂强度均随着掺量的增加，强度呈下降趋势，且 T30、T40 胶砂强度略高于粉煤灰胶砂强度；30% 掺量时胶砂强度排序为：矿粉＞基准＞T40＞粉煤灰＞T30。当玻璃粉粉磨时间低于 40min 时，玻璃粉活性较低，低于粉煤灰，所以当玻璃粉作为掺合料应用于混凝土时，粉磨时间不宜低于 40min。

5 结束语

随着 21 世纪全球化工业化发展，由水泥生产及天然砂大量开采带来的生态环境破坏成为建筑行业所面临的巨大压力，因此，亟需寻找水泥和天然砂的替代产品，以改善生态环境；与此同时，由于玻璃的大量使用，必然会产生许多玻璃废弃物。目前，大部分废旧玻璃都以填埋等方式处理，污染环境的同时也占用大量土地。废旧玻璃是一种可回收利用资源，其来源广泛，且相较于水泥和天然砂石，其采购成本低，可以缩减混凝土生产成本，符合当下绿色环保的生产模式，因此，将玻璃应用于建筑业中，是一条一举两得的有效途径。