废弃玻璃粗细骨料混凝土的性能和强度对比研究.pdf

2 0 1 2 年 第 8 期 (总 第 2 7 4 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AL AND ADM 1 N I CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 1 8 废弃玻璃粗细骨料混凝土的性能和强度对比研究 刘光焰 。王晓峰 ( 广西建筑新能源与节能重点实验室 桂林理工大学，广西 桂林 5 4 1 0 0 4 ) 摘要： 采用相同配合比， 相同材料， 相同环境和施工情况， 配制废弃玻璃粗骨料和细骨料混凝土， 对比分析废弃玻璃粗细骨料的混凝土 的施工性能和强度， 从而研究分析废弃玻璃是作为粗骨料使用好， 还是作为细骨料使用好， 为废弃玻璃大量应用混凝土中提供理论依据。 试验表明： 废弃玻璃作为骨料替代混凝土天然骨料使用时， 细骨料要好于粗骨料， 且取代率在 1 5 之内与天然骨料相差不多。 关键词： 废弃玻璃；混凝土； 废弃玻璃取代率；强度；性能 中图分类 号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 5 8 0 4 Con t r as t s t udy on t he c ons t r uc t i on pe r f o r ma nc e and s t r e ng t h o f t he c onc r e t e c on t ai ni ng w a s t e g l a s s c oa r s e a nd f i n e ag gr eg a t e L U Gu a n g - y a n， W ANG Xi a o f e n g ( G u a n g x i K e yL a b o r a t o r y o f Ne wE n e r g y a n dB u i l d i n g E n e r g yS a v i n g ， Gu i l i nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o gy ， G u i l i n 5 4 1 0 0 4， C h i n a ) Abs t r a c t ： Co n c r e t e c o n t a i n i n g wa s t e g l a s s c o a r s e a n d fin e a g g r e g a t e i s p r o d u c e d in t h e s a me c o n dit i o n， s u c h a s t h e s a me pr o p o i o n， the s a me m a t e r i a l s ， t h e s a m e e n v i r o n m e n t an d c o n s t r u c t i o n， an d c o n s t r u c t i o n p e rfo r m a n c e an d s e n g t h o f the c o n c r e t e c o n t a ini n g wa s t e g l a s s c o a r s e an d fi n e a g gre g a t ei sana l y s e db yc o n t r a s t Th e n， i ti s s t u d i e dt h a t thewa s t e g l a s si s u s e d a s a c o a r s e a g gre g a t e， o r a sfi ne a ggre g a t e， a n dt h e o ry b a s i si s p r o v i d e d f o r t h e wast e g l a s s c o n c r e t e a p p l i c a t i o n Th e r e s u l t s ho w t h a t fin e a g gre g a t e i s b e t t e r than c o ars e a g gre g a t e a s c o n c r e t e a g gre g a t e r e p l a c e d n a t u r a l a g gr e g a t e an d fin e a g g r e g a t e i s s i mi l a r wi t l l the n a t u r a l a g g r e g a t e b y r e p l a c e m e n t r a t e wi t h i n 1 5 Key wor ds ： wast e g l ass ； c o n c r e t e ； wast e g l ass r e p l a c e me n t p e r c ent a g e ； s e ng t h； p e r f o r manc e 0 引言 随着经济的发展， 我国大型基础设施规模空前， 混凝土骨料的 需求越来越来大， 因而天然集料日 益短缺， 天然砂石资源已经不容我 们无节制地开采下去了， 寻找天然骨料的替代骨料将是节约天然砂 石资源的有效途径【 一 ； 另一方面， 城市中的废弃玻璃也日益增加， 因 此在废旧玻璃排放量又日益增加的形势下， 研究将废弃玻璃替代天 ，符合可持续发展的宏观经济战略 。 混凝土骨料分粗骨料和细骨料， 因此废弃玻璃做为混凝土 骨料使用 ， 也必要要考虑是作为细骨料还是作为粗骨料使用。 文献【 l ， 3 分别把废弃玻璃作为粗骨料和细骨料代替天然骨料 配制混凝土混凝土， 研究显示 ， 废弃玻璃可以代替天然骨料用 于混凝土中， 具有很好的施工性能和强度。 本研究在文献 1 ， 3 的基础上， 采用相同配合比、 相同材料、 相同环境和施工情况 ， 配制废弃玻璃粗骨料和细骨料混凝土， 对比分析废弃玻璃粗细骨料的混凝土的施工性能和强度 ， 从而 研究分析废弃玻璃是作为粗骨料使用好 ， 还是作为细骨料使用 好， 为废弃玻璃大量应用混凝土中提供理论依据。 1 废弃玻璃骨料的物理性能 1 1 废弃玻璃骨料的加工 废玻璃来源很多， 有容器玻璃、 平板玻璃、 玻璃纤维以及特 收稿 日期：2 0 1 2 - - 0 2 - 2 0 基金项目：广西教育厅科研项 目( 桂教科研 2 0 0 9 2 5 号， 2 0 0 9 1 1 MS 1 0 1 ) 58 殊玻璃等， 每种玻璃均有不同的颜色。 先将回收的废玻璃经过清 洗干净， 剔除各类非玻璃杂质， 然后进行破碎 ， 再清洗干净， 再次 放入小型磨机内， 利用高强度瓷球为研磨介质 ， 经过 5 mi n 研磨， 能形成不同粒径的玻璃骨料( 图 1 ) 。 研磨后的玻璃， 需要经过分 离不同的粒径。 通过分离， 一类是粒径大于 5 1 1 1 1 1 1 以上的废玻璃 粗骨料， 一类是 5 mm以下的细骨料。见图 1 - 3 。 1 2 废弃玻璃粗细骨料的物理性能对比 按国家标准 J GJ 5 2 2 o 0 6 普通混凝土用砂 、 石质量及检 验方法标准 试验废弃玻璃细骨料的表观密度 、 堆积密度紧密 密度试验和坚固性 ， 其试验结果如表 1 。 从表 1 可知， 废弃玻璃粗骨料的密度要低于细骨料 ， 而孔 隙率和坚固性指标高于细骨料。 图 1 粒径 5 mm 以上 的玻璃骨料 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 废弃玻璃混凝土配合比( 废弃玻璃细骨料代替天然细骨料) 暑 皇 艇 蜜 图 4 4 0 0 3 5 0 3 0 0 瘩 2 50 馘 2 0 0 1 5 0 l o o 50 废弃玻璃取代率 ， 废弃玻璃粗细骨料混凝土坍落 度比较图 0 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 废弃玻璃取代率， 囤 5 废弃玻璃粗细骨料混凝 土扩展度 比较图 个面是光滑的， 相对碎石来说 ， 其流动性更强， 因此 ， 用废弃玻 璃作为粗骨料配制混凝土， 新拌混凝土的工作性能显著改善。 但当废弃玻璃作为细骨料时， 从图 4 、 5 知道， 混凝土的坍 落度和扩展度随废弃玻璃骨料替代率的提高而减少。 而且， 在 搅拌废弃玻璃骨料混凝土过程中， 废弃玻璃细骨料更容易吸水 ， 流动性比天然细骨料、 废弃玻璃粗骨料混凝土差， 其原因在于： 废弃玻璃细骨料颗粒小 ， 玻璃破碎后， 颗粒具有尖角和多菱角 形状。 而且比天然细骨料粒径大， 因此， 随着废弃玻璃细骨料的 增加， 其表面需要更多的水泥浆， 从而使得废弃玻璃混凝土拌 合物在拌和时摩擦力增加， 使得新拌混凝土的和易性降低。 因此 其配制的废弃玻璃混凝土流动性较差。 4 废弃玻璃骨料混凝土的密度 因为废弃玻璃骨料的密度不同于天然骨料的， 因此其配制 的混凝土密度也不同于用天然骨料配制的普通混凝土。 本次试 验配制的新拌混凝土密度如图6 。 由图 6可知， 随着废弃玻璃骨料的增加 ， 混凝土的密度随 着减少 ， 这主要是废弃玻璃骨料的密度小于天然骨料。 因此， 利用废弃玻璃， 可以配制质量较轻的混凝土， 减轻结 构质量， 获得好的经济效益。 5 废弃玻璃骨料混凝土的强度试验研 究 通过试验分析发现， 各组玻璃粗细骨料混凝土试块在加载 试验过程中， 3 、 7 d的试块在加载过程中， 变形比较平稳， 出现 细微裂缝 ， 但表层废弃玻璃粗细骨料混凝土脱落现象较少 ， 裂 缝开展不多。 随着龄期的增加 ( 1 4 、 2 8 d强度 ) ， 接近抗压强度 时候， 可以听见废弃玻璃粗细骨料混凝土开裂的声音 ， 各种废 6O 枢 饕 冒 。 蒌 罄 2 3 0 0 称 o 1 O 2 O 3 O 4 0 5 O 6 0 7 0 8 0 9 0 1 O O 废弃玻璃取代率， 图 6 废弃玻璃骨料新拌混凝土密度对比图 弃玻璃粗细骨料混凝土试块最终的破坏过程和破坏形态与普 通混凝土基本一致。 而且废弃玻璃粗细骨料混凝土的破坏基 本一 致。 废玻璃粗骨料掺入混凝土中代替部分天然石后 ， 其立方体 抗压强度随着废弃玻璃骨料取代率的变化而变化 ， 随着废弃玻 璃粗骨料取代量增加， 混凝土强度有所下降。 同样， 废玻璃细骨 料掺人混凝土中代替部分天然砂后， 其立方体抗压强度随着废弃 玻璃细骨料取代量增加， 混凝土强度下降。 但当取代率在 0 2 5 左右时， 废玻璃细骨料混凝土立方体强度与普通混凝土强度差 别不大 ， 超过 2 5 后， 废弃玻璃混凝土的立方体抗压强度下降 较大。 它们的立方体强度对比如图 7 1 0 。 废弃玻璃取代率， 图 7 粗细骨料 3 d立方体抗压强度对比图 穗 2 5 室 2 0 嚣 1 5 幽 l O 蛙 椒5 髑 O 1 O 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 (3 8 0 9 0 I u u 废弃玻璃取代率 ， 图 8 粗细骨料 7 d 立方体抗压强 度对 比图 从图 7 1 0 知 ， 废弃玻璃作为粗骨料还是细骨料， 其配制的 混凝土， 与普通天然骨料配制的混凝土没有多大的差别， 但对 于粗骨料， 其立方体强度随着废弃玻璃的增加， 强度下降较大， 而细骨料下降较小。 6 废弃玻璃骨料混凝土劈裂抗拉强度试验 通过试验研究分析 ， 废弃玻璃骨料混凝土的劈裂抗拉强度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 废弃玻璃取代率， 图 9 粗细骨料 1 4 d 立方体抗压强度对 比图 废 弃玻璃 取代 率 ， 图 1 0 粗细骨料 2 8 d 立方体 抗压 强度对 比图 如图 l 1 ， 从图 1 l 可以看出， 废弃玻璃骨料混凝土的劈裂抗拉强 度随着废弃玻璃骨料的增加， 其劈裂抗拉强度降低 ， 但细骨料 的劈裂抗拉强度比废弃玻璃粗骨料高， 与天然骨料相比， 废弃 玻璃细骨料取代率在 1 5 之内时， 与天然骨料基本相同。 、 骥 敞 7结 论 废弃玻璃取代率 图 1 1 废弃玻璃骨料 混凝土劈裂强度比较图 对废弃玻璃骨料进行分类试验， 分析了废弃玻璃骨料的物 理特性 ， 然后以天然骨料混凝土作为配合比设计基准， 对废弃 玻璃骨料混凝土工作性能和力学性能进行了试验， 通过试验获 得 了的结论如下 ： ( 1 ) 为了确定废弃玻璃骨料作为混凝土 的可行性 ， 合理 使用城市废弃材料 ， 以城市废弃的玻璃 ( 建筑用平板玻璃 、 容 上接第 5 7页 【 1 4 C HE N L P， H S U K C Am p h e fi c w a t e r s o l u b l e c o p o l y me r f o r b a r i u m t i t a n a t e s l u r r i e s i s y n t h e s i s a n d d i s p e r s i n g a b i l i t y 咖J o u r n a l o f A p p l i e d P o l y me r S c i e n c e ， 2 0 0 5 ， 9 6 ( 4 ) ： 1 4 4 3 1 4 4 5 【 1 5 l Y E Y S ， HU A NG H L， HS U K CA w a t e r s o l u b l e a c r y l a t e s u l f o n a t e c o p o l y m e r i i t s s y n t h e s i s a n d d i s p e rsi n g abi l i t y o n c e me n t J J o u r n a l o f A p p l i e d P o l y m e r S o c i e n c e ， 2 0 0 6 ， l O O ( 3 ) ： 2 4 9 0 2 4 9 6 【 1 6 C O L L EP A R DI M， V A L E N T E M R e c e n t d e v e l o p me n t s i n s u p e r p l a s t i c i z e r s C E i ght h C A N ME T A C I I n t e r n a t i o n al C o n f e r e n c e o n S u p e r p l a s t i c i z e r s a n d o t he Ch e mi c a l Ad mi x t u r e s i n Co n c r e t e， S P一 23 9， V M Malh o t r a， e d ， Ame r i c an Co n c r e t e I n s t i t u t e， F a r mi n g t o n Hi l l s ，2 0 0 6： 1 1 4 【 1 7 S AK AI E， I S HI D A A， O H T A A N e w t r e n d s i n t h e d e v e l o p me n t of 器玻璃 、 玻璃瓶等 ) 粉碎 ， 分离出废弃玻璃粗骨料和细骨料 ， 确定废弃玻璃骨料的级配等级 以及它们的物理特性， 试验表 明 ， 废弃玻璃骨料可以很好地作为混凝土的粗细骨料 ， 但废 弃玻璃粗骨料容易在搅拌中受到碰撞而 出现骨料本身的裂 缝， 使得混凝土破坏荷载下降， 因此 ， 废弃玻璃骨料宜作为细 骨料较好。 ( 2 ) 试验中发现， 废弃玻璃粗骨料的工作性能随着废弃玻 璃粗骨料的增加而改善， 而废弃玻璃细骨料混凝土随着废弃玻 璃细骨料的增加， 其工作性能有所降低。 因此， 采用废弃玻璃细 骨料作为混凝土骨料时， 应结合其他外加剂使用， 以便改善废 弃玻璃细骨料混凝土的工作性能。 同时， 试验也表明， 废弃玻璃 骨料混凝土的密度相对于天然骨料来说， 随着废弃玻璃骨料的 增加 ， 混凝土的密度随着减少， 这主要是废弃玻璃骨料的密度 小于天然骨料。 因此， 利用废弃玻璃， 可以配制质量较轻的混凝 土， 减轻结构质量， 获得好的经济效益。 ( 3 ) 与同强度等级的天然骨料混凝土比较后 ， 结果表明， 用 废弃玻璃粗骨料和细骨料代替天然骨料配制的混凝土的强度 数值要比天然骨料混凝土强度值小， 而且随着废弃玻璃骨料取 代率的提高， 废弃玻璃混凝土的立方体抗压强度下降， 而且粗 骨料下降的更快。 因此 ， 废弃玻璃作为细骨料要好于粗骨料， 且取代率在 1 5 之内与天然骨料相差不多。 参考文献 ： 【 1 】 刘光焰， 秦荣， 王晓峰 废玻璃粗骨料混凝土的施工性能和强度试验 研究【 J 】 混凝土， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 2 1 1 2 4 2 】刘光焰， 秦荣 ， 王晓峰 废玻璃作为混凝土骨料的研究与应用f J 混凝 土 。 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 6 5 6 7 【 3 】刘光焰， 秦荣， 王晓峰废玻璃应用于混凝土的试验研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 6 6 6 8 作者简介 ： 联系地址 ： 刘光焰( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 副教授， 博士， 从事混凝土结构工程的 研究。 广西桂林市建干路 1 2 号 桂林理工大学土木与建筑工程 学院( 5 4 1 0 0 4 ) 联 系屯话 ： 1 3 9 7 8 3 7 1 2 0 5 c h e m i c al a d m i x t u r e s i n j a p a n 叨J o u r n a l o f A d v a n c e d C o n c ret e T e c h n 0 l o g y ， 2 0 0 6 ， 4 ( 2 ) ： 1 - 1 3 【 1 8 MI A O C W， L I U J P ， R A N Q P ， e t a1A k i n d o f p o l y e t h e r h i g h e a r l y s t r e n g t h s u p e r p l a s t i c i z e r Z 2 0 0 7 【 1 9 】 Z H AN G J X， QI A O Y J ， HU A N G L L ， e t a1 I n fl u e n c e o f s i d e c h a i n l e n gth o f c o m b c o p o l y m e r o n e a r l y a g i n g p mp e i e s of c e m e n t p a s t e J C h i n a C o n c r e t e and C e m e n t P r o d u c t s ， 2 o o 8 ( 1 ) ： 5 - 7 作 者简介 联 系地址 ： 联 系电话 ： 王栋( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 教授， 博士生导师 ， 主要研究方向： 混 凝土外加剂与固体废弃物处理。 北京市海淀区学院路丁 l 1 号( 1 0 0 0 8 3 ) l 8 6 O 0 1 0 3 3 78 6 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m