赫文秀

(遼寧水利職業(yè)學(xué)院,沈陽　110122)

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廢玻璃細(xì)骨料混凝土試驗(yàn)研究

赫文秀

(遼寧水利職業(yè)學(xué)院,沈陽110122)

隨著城鎮(zhèn)化的日益加快，城市中廢棄的玻璃越來越多，如何將其回收、利用是我們亟待解決的問題。本文以廢玻璃為研究對象，通過室內(nèi)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：將廢玻璃磨細(xì)取代混凝土的細(xì)骨料是可行的，并隨著廢玻璃取代率的增加，廢玻璃細(xì)骨料混凝土流動性逐漸增大，而抗壓強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)取代率不超過20%時，廢玻璃細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度與普通混凝土的抗壓強(qiáng)度基本相同，結(jié)合廢玻璃細(xì)骨料混凝土的流動性和抗壓強(qiáng)度要，確定廢玻璃的最佳取代率為20%。與此同時，根據(jù)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用回歸分析確定廢玻璃細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與取代率之間的預(yù)測公式，為實(shí)際工程應(yīng)用提供一定參考價(jià)值。

廢玻璃細(xì)骨料混凝土； 流動性； 抗壓強(qiáng)度； 預(yù)測公式

1　引　言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，產(chǎn)生了大量地建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年產(chǎn)生的建筑垃圾約為20億噸，其中5%是廢玻璃。如何將這些廢玻璃進(jìn)行回收再利用是我們需要亟待解決的問題。近年來，國內(nèi)外的專家學(xué)者將廢玻璃磨細(xì)作為混凝土的粗、細(xì)骨料，研究其對混凝土性能的影響。國外在20世紀(jì)90年代開始研究廢玻璃骨料混凝土。通過研究發(fā)現(xiàn)：在合理的取代范圍內(nèi)，將玻璃磨細(xì)取代一定量的細(xì)骨料是可行的[1-3]。隨著國家節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)施，近年來我國許多的專家學(xué)者也開始致力于廢玻璃混凝土的研究，并取得一定的成果。夏冰華等[4]以強(qiáng)度等級C30的混凝土為研究對象，將廢玻璃取代細(xì)骨料，并經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：廢玻璃混凝土的抗壓強(qiáng)度隨廢玻璃取代率的增加而減??；王鳳池等[5]利用廢玻璃等量取代混凝土粗、細(xì)骨料發(fā)現(xiàn)：隨著廢玻璃取代粗骨料、細(xì)骨料數(shù)量的增加，混凝土坍落度逐漸增大，而且取代粗骨料比取代細(xì)骨料坍落度的變化大；李玉壽等[6]在廢玻璃混凝土中加入適量堿硅酸反應(yīng)抑制劑—偏高嶺土，通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：摻適量偏高嶺土可以有效地抑制混凝土的變形，提高混凝土的后期強(qiáng)度；劉光焰等[7]對廢玻璃混凝土抗氯離子滲透性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn): 廢玻璃作為混凝土的細(xì)骨料，其抗氯離子擴(kuò)散能力比天然骨料要好，且隨著廢玻璃骨料的增加，混凝土抗氯離子擴(kuò)散能力逐漸增強(qiáng)。

本試驗(yàn)以廢玻璃取代天然河砂制備廢玻璃細(xì)骨料混凝土，旨在研究不同取代率的廢玻璃對混凝土性能的影響。并通過回歸分析，建立廢玻璃取代率與抗壓強(qiáng)度之間的預(yù)測公式，從而為廢玻璃的回收再利用提供一定的參考價(jià)值。

2　試　驗(yàn)

2.1試驗(yàn)原材料

(1)水泥：采用撫順大伙房水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。

(2)粗骨料：采用葫蘆島市綏中縣狗河生產(chǎn)的卵石，粒徑范圍為0～40 mm。

(3)細(xì)骨料：采用沈陽市渾河生產(chǎn)的河砂，經(jīng)篩洗后備用，其性能見表1所示。

表1細(xì)骨料(中砂)性能指標(biāo)

Tab.1Performance index of fine aggregate (medium sand)

性能指標(biāo)表觀密(kg/m3)堆積密(kg/m3)細(xì)度模數(shù)孔隙率(%)試驗(yàn)結(jié)果260015702.740

(4)廢玻璃：廢玻璃經(jīng)過加工處理后具有表面多菱角，硬度高，易破碎，耐久性好等特點(diǎn)，本試驗(yàn)采用回收的啤酒瓶，經(jīng)破碎機(jī)破碎后用4.75 mm的方孔篩篩取試樣，其性能見表2所示。

表2廢玻璃性能指標(biāo)

Tab.2The performance index of waste glass

廢玻璃的性質(zhì)表觀密(kg/m3)堆積密(kg/m3)細(xì)度模數(shù)孔隙率(%)試驗(yàn)結(jié)果251016152.936

2.2試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)以C30混凝土為基礎(chǔ)，按照0%、10%、20%、30%、40%、50%、75%、100%的取代率取代天然砂，并按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2000規(guī)范要求進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案見表3所示。

表3混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

Tab.3The ratio design of concrete mixture

取代率水泥(kg)水(kg)石子(kg)砂(kg)廢玻璃(kg)外加劑(kg)0%320175133557203.210%3201751335515573.220%32017513354581143.230%32017513354001723.240%32017513353432293.250%32017513352862863.275%32017513351434293.2100%320175133505723.2

2.3試件的制作與養(yǎng)護(hù)

試驗(yàn)采用混凝土機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，將攪拌好的混凝土進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，然后按照規(guī)范要求將混凝土放入150 mm×150 mm×150 mm立方體試模中經(jīng)振搗成型后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每組試件3塊，分別養(yǎng)護(hù)3 d、7 d、28 d后取出按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2002進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3　結(jié)果與討論

3.1廢玻璃細(xì)骨料混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果與分析

將廢玻璃混凝土拌合物攪拌均勻后，按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50080-2002規(guī)定進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4所示。

表4廢玻璃細(xì)骨料混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果

Tab.4The concrete slump test results of waste glass fine aggregate

取代率0%10%20%30%40%50%75%100%坍落度(mm)4649535763687274

由表4坍落度試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著廢玻璃取代率的增加，混凝土的坍落度逐漸增大，當(dāng)廢玻璃取代率為100%時，其坍落度為普通混凝土的1.6倍。廢玻璃混凝土坍落度大于普通混凝土的坍落度，一方面是由于廢玻璃表面比較光滑，在混凝土攪拌過程中可以起到很好的潤滑作用，減少骨料之間的摩擦力，增加混凝土的流動性；另一方面是由于廢玻璃是種相對密實(shí)性材料，吸水率低，當(dāng)取代率較高時，混凝土拌合物的流動性較大?？芍?，利用回收加工的廢玻璃作為混凝土細(xì)骨料，能夠增加混凝土的流動性。

根據(jù)混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果繪制混凝土拌合物坍落度變化曲線如圖1所示。從圖坍落度與取代率之間的關(guān)系曲線可以看出，隨著取代率的增加，混凝土拌合物坍落度逐漸增大，流動性逐漸增強(qiáng)。從圖坍落度變化率與廢玻璃取代率之間關(guān)系曲線可知，當(dāng)廢玻璃取代率為20%～75%之間時，混凝土拌合物坍落度變化率較大。

3.2廢玻璃混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

將廢玻璃混凝土養(yǎng)護(hù)不同齡期后，按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。

表5廢玻璃混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

Tab.5The test results of compressive strength of waste glass concrete

取代率 各齡期強(qiáng)度0%10%20%30%40%50%75%100%3d20.319.719.417.916.715.013.213.27d31.530.229.829.026.021.322.321.428d39.238.037.635.032.031.126.325.5

從圖2可以看出，隨著廢玻璃取代率的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)廢玻璃取代率不超過20%時，廢玻璃細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度約為普通混凝土抗壓強(qiáng)度的95%左右，抗壓強(qiáng)度變化不明顯。當(dāng)取代率20%～75%之間時，廢玻璃細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度變化曲線近似于呈直線下降。當(dāng)取代率超過75%時，抗壓強(qiáng)度僅為普通混凝土抗壓強(qiáng)度的65%左右。由此可知，用不超過20%廢玻璃取代砂制作混凝土是可行的。

圖2　不同齡期廢玻璃細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線Fig.2　The change curve of the compressive strength of the waste glass fine aggregate concrete in different age

圖3　不同齡期廢玻璃取代率與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系Fig.3　The relationship between of the replacement rate and the compressive strength of concrete in different age

經(jīng)過研究分析發(fā)現(xiàn)，混凝土養(yǎng)護(hù)時間較短時(3 d)，隨著廢玻璃取代率的增加，混凝土的強(qiáng)度逐漸下降，近似于一條直線，這主要是由于混凝土養(yǎng)護(hù)時間較短，其強(qiáng)度主要來源于水泥水化和硬化后的強(qiáng)度，廢玻璃的影響不明顯[8]。隨著混凝土養(yǎng)護(hù)時間的增加(28 d)，混凝土的強(qiáng)度變化就比較明顯，當(dāng)取代率不超過20%時，混凝土的抗壓強(qiáng)度下降不明顯。隨著取代率的逐漸增加(20%～75%)，混凝土強(qiáng)度下降的較快，這主要是由于天然細(xì)骨料逐漸減少，廢玻璃逐漸增多，而廢玻璃表面比較光滑，與硬化后的水泥石粘結(jié)強(qiáng)度較小[9]，當(dāng)有外力作用在混凝土上時，易在界面處發(fā)生破壞，使混凝土抗壓強(qiáng)度下降。當(dāng)取代率超過75%時，由于廢玻璃與水泥石之間的粘結(jié)強(qiáng)度不高，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度只能達(dá)到普通混凝土強(qiáng)度的65%左右。因此，在本試驗(yàn)條件下，廢玻璃作為混凝土的細(xì)骨料取代砂子是可行的，并存在最佳取代率為20%。

3.3建立廢玻璃取代率與抗壓強(qiáng)度之間預(yù)測公式

為了能直觀反應(yīng)不同廢玻璃取代率與抗壓強(qiáng)度之間的變化規(guī)律，本試驗(yàn)根據(jù)表5的試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行回歸分析得到，不同齡期條件下，不同齡期廢玻璃取代率與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖3所示，其預(yù)測公式如下所示：

fcu,3d=-1.15x+22.1R2=0.9631

(1)

fcu,7d=-1.6512x+33.87R2=0.9035

(2)

fcu,28d=-2.106x+42.56R2=0.9587

(3)

式中：fcu,3d-齡期為3 d的廢玻璃混凝土的抗壓強(qiáng)度；fcu,7d-齡期為7 d的廢玻璃混凝土的抗壓強(qiáng)度；fcu,28d-齡期為28 d的廢玻璃混凝土的抗壓強(qiáng)度；x-廢玻璃取代率，0

根據(jù)廢玻璃細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用回歸分析得到公式的相關(guān)系數(shù)R2均在0.9以上，說明按照上述公式進(jìn)行預(yù)測效果較好，公式(1)～(3)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

4　結(jié)　論

(1)通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著取代率的增加，廢玻璃細(xì)骨料混凝土的坍落度逐漸增大，當(dāng)取代率達(dá)到100%時，坍落度增加1.61倍。廢玻璃取代率為20%～75%時，坍落度的變化率較大；

(2)通過與普通混凝土抗壓強(qiáng)度比較發(fā)現(xiàn)，廢玻璃細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨著取代率的增加而減小。當(dāng)取代率不超過20%時，廢玻璃混凝土與普通混凝土的抗壓強(qiáng)度變化不大，綜合混凝土的坍落度變化規(guī)律和抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律得到，在本次試驗(yàn)條件下，廢玻璃的最佳取代率為20%；

(3)根據(jù)廢玻璃細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用科學(xué)的分析方法，建立不同齡期廢玻璃細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與取代率之間的預(yù)測公式(1)～(3)，并通過分析檢驗(yàn)公式具有較強(qiáng)的實(shí)用性，為廢玻璃的回收再利用提供一定的參考。

[1]劉光焰，秦榮，王曉峰.廢玻璃應(yīng)用于混凝土的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2009，238(6)：66-68.

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[3]楊鳳玲，李玉壽，荀勇，等.廢玻璃細(xì)骨料混凝土的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2011，263(9)：81-84.

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Experimental Study on Waste Glass Particles as Fine Aggregate of Concrete

HEWen-xiu

(Liaoning Water Conservancy Vocational College,Shenyang 110122,China)

With the increasing urbanization, more and more waste glass in city is emerging, how to recycle it is the problem that we need to solve. This paper introduces results of using ground waste glass as fine aggregate partially replacing natural fine aggregate . With waste glass replacement rate increased fine aggregate, concrete flowability increases gradually, and compressive strength decreased gradually. When the substitution rate is less than 20%, the compressive strength of waste glass fine aggregate concrete and ordinary concrete is basically the same, combined with the results of fluidity with waste glass fine aggregate and compressive strength, the best substitution rate waste glass as fine aggregate is 20%. At the same time, the compressive strength of concrete with waste glass fine aggregate can be predicted, by regression analysis and provide certain reference for engineering application.

waste glass fine aggregate concrete;mobility;compressive strength;prediction equation

赫文秀(1985-)，女，碩士研究生,助教.主要從事建筑材料與檢測方面的研究.

TU528

A

1001-1625(2016)05-1647-05