廢棄玻璃在混凝土中的應用綜述

摘要：本文是對近年來固體廢棄物玻璃在混凝土中的利用研究的總結。主要介紹在玻璃混凝土中，摻加玻璃的顆粒大小對混凝土的影響，顆粒越大火山灰活性越弱，易發生堿硅酸膨脹。具體火山灰活性體現與粒徑的具體大小，尚不明確。

關鍵詞：廢棄玻璃;玻璃砂（粉）;堿-硅酸反應;力學性能

廢棄玻璃作為一種固體廢棄物，無法像一般垃圾一樣做焚燒處理，而且很難自然降解。于是廢棄玻璃的回收利用引起了很多人的關注。將廢棄玻璃應用到水泥生產中，還有將其作為骨料或者摻和料應用到混凝土中也是一回收利用途徑。玻璃的組成成分含有大量的鈣和硅，理論上破碎磨細后具有一定的火山灰活性。根據商務部發布的資料^[1]，2017年我國廢棄玻璃產出量約為2000萬噸，回收量約為1070萬噸，回收率達到了53.5%。

最早的有記錄將廢棄玻璃應用到混凝土是19世紀60年代，有研究人員將玻璃作為骨料加入到混凝土制備中，混凝土出現較為嚴重的堿-硅酸反應膨脹開裂。在這之后20年內，未有資料顯示有將玻璃應用到混凝土中的研究。

在21世紀，由于環境法規和廢棄玻璃高昂的處理費用，玻璃作為水泥混凝土集料的使用再次受到關注，并進行了廣泛的實驗研究。廢棄玻璃在混凝土中的應用主要集中在破碎玻璃作為骨料，玻璃粉作為水泥的替代物。

一、廢棄玻璃作為混凝土集料的研究

（一）玻璃取代粗細集料

廢棄玻璃運用到混凝土中必須要注意的就是粒徑大小。國內有研究者^[2]研究了透明玻璃粒徑大小對于混凝土的影響，結果顯示堿-硅酸反應最大膨脹量發生在加入粒徑為1.18～2.36mm透明鈉鈣玻璃顆粒的試樣;0.3mm左右玻璃顆粒的試樣與參照試樣的膨脹量相近;而含有比0.15mm更細玻璃顆粒的混凝土試件，其膨脹量比參照試樣還小。又有研究者^[3]改變粒徑和配合比研究透明玻璃，得出以下結論：玻璃粒徑為2.36～1.18mm入到混凝土中，會產生嚴重的堿硅酸破壞，必須加高嶺土等堿-硅酸反應抑制劑;玻璃粒徑范圍為1.18～0.60mm的混凝土工作性能優秀，可以不用添加堿-硅酸反應抑制劑;玻璃骨料粒徑<0.15 mm比表面積變大，水灰比當采用較大的比例。國外有研究者，研究了棕色和綠色玻璃粒徑對堿-硅反應的影響，試驗結果表明，1.18和2.36mm的綠色顆粒表現出最高的反應活性，而其他尺寸的顆粒則表現出相對較低的堿-硅酸膨脹。這與前兩位研究者的結果相符合。

（二）玻璃取代水泥

有研究人員對玻璃粉的粒徑進行了研究，結果發現小于20μm的玻璃粉的火山灰活性最強，7天、28天和90天的強度活動指數分別為82%、95%和102%。有研究人員^[4]對比使用了四種激發方式，按照激發效果由高到低排序如下：復合活化、水熱活化、化學活化、物理活化。最好的激發粒徑在6.414～20.710μm之間。有研究人員采取了用水浸泡的方式，研究玻璃粉的浸泡時間長短和摻量對混凝土的影響。最后得出結論在2.5%和5%的玻璃粉混合料和3小時和6小時的浸泡條件下獲得了最佳抗壓強度。有研究者研究了使用玻璃粉將水泥體積取代量15%、30%、45%、60%的混凝土的力學性能和耐久性能。試驗結果顯示，玻璃粉在表現火山灰活性的時候消耗量大量的氫氧化鈣，且所有含有玻璃粉的混凝土的性能均優于對照混凝土。

有研究者就針對性地做了研究，利用人工神經網絡對采集到的數據進行了仿真，并對仿真數據進行了邊界處理。試驗結果顯示，在自密實混凝土中，使用玻璃粉取代水泥，當取代率為5%、13%、20%、30%時，堿-硅酸反應分別減少5%、14%、23%、52%。在水灰比大于0.4的時候，添加玻璃粉會導致混凝土前期抗壓強度降低。當使用木質素磺酸鈉增塑劑時，最佳水灰比在0.33到0.34之間。相比較傳統的混凝土拌合方式，在使用玻璃粉替代水泥的過程中，有研究者使用了新的拌合方式。傳統的拌合方式是玻璃粉和水泥、骨料一起進行攪拌。這位研究者采用新方式將玻璃粉先浸泡在水中，之后再加入進行攪拌。結果表明，新的混合方法比傳統的混合方法具有更高的抗壓強度。在新的混合方法中使用10%的玻璃粉，可以顯著提高對照組的抗壓強度，約為對照組的130%。經過研究人員的探究， 說明玻璃顆粒的溶解導致自由離子的形成，水溶液中Na和Ca離子的存在，會增加C-S-H形成的機會，形成更致密的界面過渡區和更細的孔隙，消耗掉Ca（OH）2減后期弱堿-硅酸反應，增加后期強度。

二、結語

廢棄玻璃運用到混凝土配置當中是可行的，并且可以減少環境的破壞，也利于資源的回收利用，很有實際意義。在玻璃的破碎過程中，容易在玻璃顆粒表面產生大量的細小裂紋，這些裂紋在混凝土的攪拌過程中會受到進一步的發展。最后會對混凝土的力學性能產生較大影響，并且容易產生堿-硅酸反應導致混凝土失去承載力。所以玻璃在混凝土中的應用，玻璃的粒徑不能太大，可以作為細集料應用到混凝土中，不建議作為粗集料運用。

廢棄玻璃粉由于玻璃自身的成分和較大的比表面積，其火山灰活性會隨粒徑的減小而增大，對混凝土的和易性流動性有提升作用。玻璃粉在一定比例替代水泥，減小水泥的用量，但并不會導致混凝土的承載能力降低，甚至讓混凝土的性能有所增加。

在目前的研究中，研究人員都在盡量回避混凝土的堿-硅酸膨脹。這種現象只能盡量減弱，不能完全避免這類現象的產生。

玻璃粉具有火山灰活性已經被研究證實，但是玻璃具有火山灰活性的粒徑界限依然不清晰，這個界限的確立需要進一步研究。

參考文獻：

[1].商務部發布《中國再生資源回收行業發展報告（2018）》[J].資源再生，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].石家莊鐵道學院學報，2001（02）：50-54.

[3]楊鳳玲，嵇銀行，李玉壽，荀勇.玻璃骨料粒徑對玻璃混凝土性能影響的研究[J].混凝土，2012（08）：78-80.

[4]宋百姓. 廢玻璃粉活性激發試驗研究[D].南華大學，2013.

作者簡介：陳龍 西華大學在讀研究生，主要研究方向為混凝土材料 。