廢舊玻璃及再生骨料對混凝土強度影響研究

張懷強

（華設設計集團股份有限公司， 江蘇 南京 210014）

隨著我國城市化規模不斷擴大，在對構筑物進行建造及拆毀的過程中會產生大量的建筑垃圾。其中混凝土廢料及鋼化玻璃廢渣占了很大一部分。我國現階段對于建筑垃圾的循環處理率較低，人們常將諸如混凝土廢料等大部分建筑垃圾運往城市郊區空地露天堆放或者進行簡易填埋，這不僅會造成土地資源的浪費而且會極大地污染環境。對于廢棄鋼化玻璃，由于其化學性能穩定，不可降解等特點，會對環境造成污染，并且鋼化玻璃由于自身質量缺陷和化學組成等原因有可能會發生自爆，處理不當會造成危險。對于這些建筑垃圾的一種良好處理方法就是回收再利用，可將廢棄混凝土砸碎，充當粗骨料以一定的替代率代替石子來制作再生混凝土，將鋼化玻璃廢渣磨成粉末充當細骨料以一定的替代率代替砂以提高混凝土的強度。這種方法經濟適用、綠色環保、具有一定的實用價值。廢舊玻璃的主要成分為無定形二氧化硅（SiO2），是一種潛在的火山灰活性材料。廢舊玻璃做為固體廢棄物，即污染生態環境又浪費能源[1]。近年來，國內外學者嘗試用廢舊玻璃取代粗骨料、細骨料或膠凝材料配制再生混凝土，對其配合比、施工性能、力學性能、耐久性等進行了較全面的研究。尤憶[2]采用廢棄的陰極射線管玻璃替代細骨料制備混凝土，可明顯提高混凝土坍落度和抗折抗壓強度。曾超[3]探討了廢舊玻璃粉摻入混凝土時的應力應變關系，結果表明，廢舊玻璃粉參量是影響廢玻璃粉混凝土抗壓強度的重要因素。趙祖芳[4]將廢舊玻璃粉分別替代混凝土中的部分粗顆粒和細顆粒制備改性混凝土標準試件，研究表明廢舊玻璃會降低混凝土強度。本文以廢舊玻璃取代細骨料配制再生混凝土，測試再生混凝土齡期為3d、7d、14d和28d時的抗壓強度值，研究廢舊玻璃對再生混凝土強度影響。

1 試驗方案

1.1 原材料

（1）水泥：采用海螺牌32.5的普通硅酸鹽水泥；

（2）粗骨料：由當地路面 C30混凝土破碎篩分而成，曬干粗骨料為粒徑4.75-25mm連續級配碎；

（3）細骨料：細骨料為天然河砂，粒徑0.075～4.75mm連續級配；

（4）廢舊玻璃：將廢舊玻璃清洗曬干后，破碎機破碎，磨粉機粉磨為粒徑小于4.75mm的顆粒，其篩分級配表如表1所示。

表1 廢舊玻璃篩分級配表

1.2 實驗室配合比設計

本試驗配制 C20強度等級混凝土，再生骨料取代率分別為 0%、25%、50%、75%，廢舊玻璃取代率分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%。因再生混凝土破碎時，骨料表面水泥、砂漿等雜質不能完全清除，且在破碎過程中，骨料內部產生一定裂紋，這些原因都促使再生混凝土骨料的吸水率較大，廢舊玻璃取代細骨料時，因廢舊玻璃具有棱角，也使因此為了確保配合比的施工性能，經調整后的配合比如表2所示。

表2 再生混凝土配合比

1.3 試塊制作與養護

試驗按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準（GB/T50080-2016）》進行，試件尺寸為100mm*100mm*100mm，采用機械攪拌方式，澆模24h后拆模，拆模之前將廢舊玻璃水泥混凝土試塊放置于避光處養護，且由于天氣干燥，試塊中水分容易蒸發，經常在試塊上灑水，且用保鮮膜保護，拆模后在溫度為20±2℃，濕度為95%以上的標準條件下養護，直至試驗規定齡期。

2 試驗結果及分析

表3 再生混凝土抗壓強度值

表3的實驗數據說明，再生混凝土的抗壓強度比天然混凝土的抗壓強度低，隨再生粗骨料的增加，再生混凝土的抗壓強度整體呈下降趨勢，但替代率為59%時，再生混凝土的抗壓強度較高。廢舊玻璃再生混凝土試塊破壞后，用鐵棍輕輕敲擊再生混凝土試塊，發現玻璃集料先脫落，然后石子和水泥脫落，原因可能是廢舊玻璃表面光滑，水泥漿包裹不牢固。從表3可以看出，總體上再生混凝土3d、7d、14d和28d抗壓強度都隨著廢舊玻璃摻量的增加呈下降趨勢；當摻量大于20%時，再生混凝土3d、7d、14d和28d抗壓強度下降趨勢較為明顯。廢舊玻璃摻量為15%時是例外，此時再生混凝土3d、14d和28d抗壓強度比基準混凝土稍有增加，7d抗壓強度稍有下降。

3 廢舊玻璃和再生骨料混凝土應用分析

廢舊玻璃和廢棄混凝土，一般采用的是傳統埋置而不是再生利用，主要原因為：

1、技術原因

普通混凝土生產施工都具備國家標準，擁有嚴格的生產施工工藝，技術比較成熟，而再生混凝土相關技術不成熟，生產不規范，特別是廢舊玻璃對再生混凝土進行改性的文獻雖較多，但結論不一，主要因為廢棄混凝土和廢舊玻璃質量不同，其最佳替代率也不同，制備的再生混凝土工作性能、力學性能和耐久性都有很大的不同，這往往使人們對再生混凝土的質量存疑，也就限制了再生混凝土的推廣使用[5]。

2、再生混凝土生產基地不統一

如今的在建工程都使用天然混凝土，因為天然混凝土質量統一，技術成熟，商家供貨方便及時，但再生混凝土生產基地較少，這是因為受到城市建設規劃及建設成本的限制。

3、社會認識不足

再生混凝土是一種新型材料，運用廢舊玻璃對其進行改性符合國家可持續發展戰略，滿足國家綠色建筑的重要需求，但人們缺乏足夠的認知，且再生混凝土技術不夠成熟，其各方面性能和普通混凝土還有很大差距，所以人們對再生混凝土的安全運用就產生了質疑[6]。

4 結語

再生骨料和廢舊玻璃作為混凝土的集料具有可行性，且可以降低工程造價，減輕固體廢棄物對環境污染，緩解砂石骨料供應緊張問題，有望從根本上解決廢棄混凝土引發的一系列社會問題[7-8]，但因為再生骨料表面難以徹底清潔，所以再生骨料混凝土需水量增加，而廢舊玻璃因棱角性，導致廢舊玻璃混凝土在拌合時發生摩擦，坍落度降低，所以使用廢舊玻璃改性水泥混凝土時也需要增加水的用量。通過對廢舊玻璃和再生骨料對混凝土的改性研究，得出再生骨料最佳替代率為50%，廢舊玻璃最佳替代率為15%，此時再生混凝土3d、14d和28d齡期的抗壓強度都有所增加。