玻璃混骨料凝土性能研究.docx
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玻璃混骨料凝土性能研究
重庆大学本科学生毕业设计（论文）
玻璃骨料混凝土性能的研究
学生：
龙柯杏
学号：
20073800
指导教师：
刘芳
吴建华
专业：
无机非金属材料科学与工程
重庆大学材料科学与工程学院
二O一一年六月
GraduationDesign（Thesis）ofChongqingUniversity
ResearchofGlassAggregateConcretePerformance
Undergraduate:
LongKexing
Supervisor:
Prof.LiuFang
Prof.WuJianhua
Major:
InorganicNonmetalMaterialEngineering
CollegeofMaterialScienceandEngineering
ChongqingUniversity
June2011
摘要
我国是人口资源大国，目前国内经济迅速发展，每天产生的固体垃圾就非常之多。
其中废玻璃排放量非常大，其回收再利用可以有效地节约资源、降低能量消耗和减少自然环境的污染。
将废玻璃用于建筑工程中生产玻璃骨料混凝土是废玻璃再利用重要手段之一，而本课题就探讨了将破碎后的废玻璃用于建筑材料中的混凝土作骨料的处理方式。
国外有关这方面的研究进展很快，而我国仅是处于一个初级的阶段。
在研究中，采用国家标准，主要探讨了骨料中的玻璃掺量、玻璃颜色等因素以及掺入掺合料替代部分水泥后对混凝土性能的影响。
本课题主要分为两大块实验，以不同颜色玻璃微粉替代部分水泥的胶砂实验和以不同颜色的废玻璃破碎后配制成玻璃骨料等量替代中砂的实验。
胶砂试验主要研究不同颜色玻璃微粉掺量对水泥水化活性的影响，而不同颜色的玻璃混凝土试验主要讨论的是玻璃骨料对混凝土强度的影响以及掺合料对混凝土强度影响。
试验操作过程中，还测了玻璃混凝土的塌落度对工作性能的影响，显示出掺入玻璃骨料替代混凝土的中砂，可以明显地改善混凝土的工作性能。
关键词：
玻璃骨料混凝土，再利用，玻璃微粉，外掺料
ABSTRACT
Chinaisabigcountrywithlargepopulationandresources.Withtherapiddevelopmentofthedomesticeconomynowadays,toomuchsolidwastegeneratedeveryday.Amongthem,emissionsfromwasteglassareverybig.Andthewasteglassrecyclingcansaveresources,reducetheenergyconsumptionandreducenaturalenvironmentalpollution.Usingthewasteglasstoproduceglassaggregateconcreteinbuildingengineeringisoneofthemostimportantmeasuresofrecyclingwasteglass.Andthistopicisdiscussedforthewasteglassusingfortheaggregateoftheconcretebuildingmaterialsafterbreakingup.Inforeign,theresearchaboutitdevelopsquickly,whileourcountryisinaprimarystage.Inthestudy,wemainlydiscussedtheimpactfactorsontheconcreteperformanceusingthenationalstandardswhichincludeglassadmixture,glasscolorintheconcreteandafterreplacingpartofthecementconcrete.Twopartsexperimentisdividedforthistopic.Oneisexperimentwithdifferentcolorglassmicropowdersubstitutepartlycementgluesand,theotherisexperimentwithdifferentcolorsofwasteglassafterbrokentogenerateglassaggregateconcreteforequallyreplacingthemediumsand.Inthegluesandtest,wemainlystudytheeffectofthecementhydrationactivitywithdifferentcolorglassmicropowder.Andindifferentcolorglassconcretetest,wemainlyexplorethatwhichusingtheglassaggregateandadmixturescanaffectthestrengthoftheconcrete.Inthetestoperationprocess,wemeasuredthecollapsbillityoftheglassconcretewhichcanaffecttheworkingperformanceofconcrete.Thetestshowsthatmixingglassaggregatetoreplacethemediumsandcanobviouslyimprovetheworkingperformanceoftheconcrete.
Keywords:
theglassaggregateconcrete,reuse,glassmicropowder,admixtures
目录
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1课题研究的目的及意义1
1.2国内研究现状2
1.3国外研究现状4
2原材料及实验方法7
2.1原材料7
2.1.1玻璃7
2.1.2水泥7
2.1.3砂7
2.1.4碎石8
2.1.5外加剂8
2.1.6偏高岭土8
2.1.7粉煤灰8
2.1.8矿粉8
2.1.9水9
2.2实验方法9
2.2.1玻璃骨料和玻璃微粉的制备9
2.2.2利用玻璃微粉替代水泥的胶砂实验9
2.2.3玻璃砂和普通砂的配制10
2.2.3利用玻璃骨料替代中砂配制混凝土10
3实验数据分析11
3.1用玻璃微粉替代部分水泥11
3.1.1绿色玻璃微粉替代部分水泥11
3.1.3透明玻璃微粉替代水泥胶砂13
3.1.4茶色玻璃微粉替代水泥胶砂14
3.1.5小结16
3.2玻璃骨料混凝土16
3.2.1自配中砂和玻璃砂级配16
3.2.2掺绿色玻璃替代中砂配制混凝土17
3.2.3掺茶色玻璃替代中砂配制混凝土20
3.2.4掺透明玻璃替代中砂配制混凝土22
3.2.5小结24
3.3掺入玻璃砂替代中砂后对混凝土工作性能的影响25
结论28
感谢29
参考文献30
1绪论
1.1课题研究的目的及意义
随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的日益提高，玻璃不但广泛应用于房屋建筑和人民的日常生活之中，而且发展成为科研生产以及尖端技术所不可缺少的新材料。
玻璃因为其独有的性能，人们将其广泛地用于建筑、化工、电子、设备以及日常生活等方面。
随着我国经济的快速发展，建筑玻璃、汽车门窗玻璃、电子类玻璃、玻璃容器和玻璃瓶等各种玻璃大量在国民经济中得到了广泛使用，这样一来就使得废弃玻璃在逐年大量地增加。
而另一方面，在我国大型的基础设施规模空前，有限的天然骨料日趋短缺，因此在废旧玻璃排放量又日益增加的情形下，研究人员提出了将废弃玻璃用来替代天然骨料配制成玻璃骨料混凝土的构想，既可以有效地解决掉这样多的废旧玻璃，保护了环境，稳定了社会的发展，同时这样的思想模式又符合了可持续发展的宏观经济战略，适应并遵循了自然规律的发展[1]。
将废玻璃用于生产和配制水泥混凝土是已经证实了的处理废玻璃重要手段之一，废玻璃用于配制混凝土有许多的优点，如有火山灰活性（玻璃粉）、吸水率极低、良好的耐久性、装饰性好和流动性好；同时，废玻璃的前期处理成本相对较低，因为混凝土对玻璃颜色及玻璃成分含量等的要求比较较低；另外,混凝土是大综合型的土木工程材料，需求量大，再利用量也大。
所以，近年来，专业的研究人员就一直致力于研究将废玻璃用于混凝土的可行性[2]。
使用废弃玻璃来制作混凝土产品，既可以有效地减少玻璃废弃物处理成本，保护了环境，节约了大量的天然材料，同时将玻璃废弃物填埋的这种处理方式也得到缓解，保护了城市郊区土地资源，而且增加公众废弃物和回收利用的意识；在不增加的大量成本的前提下，提供了多循环利用玻璃的这样有效的途径。
因此，在今天废弃玻璃数量不断增加，玻璃废渣千年不腐，并严重污染环境的情况下，我们必须找寻一个行之有效的利用途径来解决这个严峻的现实问题，为了我们的子孙后代能留下一席生存之地。
我国存在大量废旧玻璃，但目前综合利用率较低。
作为一种能够回收利用的资源，常见的处理方式是将这些废玻璃作为废弃物进行填埋掉，当然这其中也有很少的一部分废玻璃被收集起重新加工成为玻璃。
由于废玻璃是生物不可降解的材料,将其填埋显然并不是一个好的解决方法,而这样的处理方式也会对大自然造成极为严重的影响和后果，此时此刻如何更有效地利用这些废玻璃就成为一个急待解决的问题。
那么如何做到废玻璃的合理再利用，使之不再变成浪费资源、能源，严重污染环境的废弃物，而变成是节约原材料，节约能源，保护环境，造福子孙后代的社会财富，其根本出路就是产品的升级换代。
最近的一些研究表明，可将废玻璃作为混凝土骨料使用，或者作为矿物掺合料使用。
这种方式是可行的，这是由于建筑材料的用量很大,而且允许其中的成分有一定的波动。
这样大规模地将废旧玻璃（主要是其中含有金属、塑料、陶瓷等杂质的生活垃圾中的玻璃）作为混凝土的骨料使用,不仅为大量减少城市固体垃圾找到了一条有效途径,而且还会对发展绿色环保型建筑起到重要的推动作用[3]。
结果显示，将废玻璃用于建筑材料中是处理这类废物的最理想方法。
而玻璃骨料混凝土的研制，不仅开辟了一条废物回收利用的新途径，同时也为节约有限的天然砂、石资源起到了推动作用，有益于“十一五”节能减排目标的实现。
不管回收的这些废玻璃是用于建筑工程上，还是一些其他方面，这样的一个“现代循环曲”给了我们三点有益的启示：
其一，它重申了一句名言：
“没有垃圾，只有放错地方的资源”；其二，废物回收利用需要规模效应，只有规模化才能应用现代工艺技术，才能取得效益，把循环经济建立在持续发展的基础上；其三，需要强有力的领导和周密的规划，“几只轮子一起转”，才能避免各个环节单打独斗的困境，建立起良性互动、多方共进的“现代循环圈”[4]。
1.2国内研究现状
废玻璃是一种生活所产生的固体垃圾，它的存在既绐人们的生产及生活造成许多的伤害和不便，又对环境带来污染，占用了我们宝贵的土地资源，同时也增加了自然环境的负荷。
我国是一个人口资源的大国，在生活及各类生产中，就必然会产生庞大数量的废玻璃，污染生存环境，影响人类的生活。
因此，合理再利用废玻璃是摆在我们面前的需要认真对待和解决的问题。
曾经在生活中流行过这么一句话：
垃圾只是放错了地方的财富。
废玻璃生活中生产各类玻璃制品和建筑材料的好原料，现在我们对这些废玻璃进行回收合理利用，不仅可以适当地解决自然环境的固体废物的污染，从另一层面而言，如将废玻璃用于各类生产，将会获得很大的经济效益。
目前，国内对于废玻璃回收利用的研究在某些方面初见成效，相信在不久的将来，这些废玻璃的回收利用将会取得更好的效果。
下面是些我国研究和利用废玻璃用于生产的一些情况。
在生活中，我国的大部分回收的废玻璃用来生产平板玻璃、玻璃微珠、玻璃马赛克、彩色玻璃、玻璃砖、人造玻璃大理石、泡沫玻璃、玻璃纤维等。
而回收的废玻璃用于生产普通平板玻璃较为常见，因为废玻璃中含有较多的杂质，不易于控制，而平板玻璃对于玻璃成分的要求不高。
但这些应用远远不够从根本上解决废玻璃大量堆积的难题，接下来介绍的是我国的研究人员对废玻璃的回收用于建筑工程上的一些研究和探讨。
将废玻璃用于建筑工程上，虽然我国在这方面中少之又少，而且相当的不成熟，且许多学术报道都局限于对国外研究成果的介绍，但科技是人类不断进步的强大力量，只有不断努力做好创新研究，才能更好的生存，才能在这个竞争的社会中占有一席之地。
许多的研究人员主要是对回收的废玻璃用来制作骨料以取代混凝土中的骨料这方面的研究。
如刘连新[5]的研究中，讨论了以废玻璃作为轻粗骨料，配制轻骨料混凝土。
其制作的轻骨料具有较高的强度、较低的吸水性和较好的耐腐蚀性，可直接用来配制轻骨料混凝土，也可破碎后使用。
何真、孙海燕[6]等研究人员研究了玻璃沥青混凝土的抗剥落性能，试验得出，抗剥落剂消石灰和液体抗剥落剂卡洛安能有效提高和改善玻璃沥青混凝土骨料的抗剥落性能；
万惠文、钟祥凰等[7]利用玻璃渣研制高附加值的预制混凝土，文中介绍了谢菲尔德大学的研究：
含玻璃骨料或粉末玻璃的预制或预拌混凝土的性能良好。
其中还包括对玻璃骨料在混凝土中的碱骨料反应方面的研究，试验得出，利用玻璃配制玻璃骨料混凝土在高温环境下，由于水分的缺失，可避免碱-骨料反应的发生，而且经济、耐久。
路贺伟、李昆等[8]以废玻璃替代部分骨料后的沥青混合料进行了性能的研究，得出废玻璃沥青混合料有良好的反光特性，并且废玻璃沥青混合料可以获得良好的空隙特征。
陈风晨,李立寒等[9]也研究了废玻璃沥青混合料的相关性能，试验时，他们采用的高粘度的改性沥青和以水泥作为抗剥落剂都可以很好地提高玻璃与沥青的粘附性。
试验掺入一定比例的废玻璃对沥青混合料中沥青的用量影响不大,但会降低此时沥青混合料的密度,并使沥青混合料试件的马歇尔稳定度、抗车辙能力和抗滑性略有降低；随着废玻璃掺入量的增加,沥青层表面的反光性会增加。
朱惠英等[10]介绍了英国谢非尔德大学利用废弃玻璃研究高附加值预制混凝土产品情况，试验验证了废旧玻璃混凝土的可行性以及碱骨料反应的控制性及无危害性。
苟勇、张勤、李玉寿[11]对玻璃混凝士及其织物增强薄板进行了试验研究，研究表明，在玻璃骨料的混凝土中，掺入适量的外掺料偏高岭土超细粉末，能有效地抑制玻璃混凝土中的碱骨料反应。
而碳纤维织物对于玻璃骨料混凝土薄板的增强效果非常明显。
并制作出变形稳定、后期强度较高的细骨料玻璃混凝土，与普通砂骨料混凝土相比，具有较好的抗拉、抗弯和界面黏结性能。
姜波、樊云昌等[12]采用美国标准协会的相关标准，研究了骨料中的玻璃颗粒粒度、玻璃含量、玻璃颜色和玻璃种类等因素对混凝土中碱-硅反应的影响,试验得出玻璃颗粒的粒度大小对混凝土中碱-硅反应的影响相当的明显。
柯国军、柏纪平等[2]人探讨了将废玻璃以粉料、细骨料和粗骨料三种物料的形式分别掺入混凝土中的混凝土的一些性能，认为一定细度的玻璃粉不会产生碱骨料反应膨胀危害，其应用也最为安全。
我国关于废玻璃回收利用与建筑工程中的研究还有很多，但我们还得将研究继续进行下去，争取尽快解决我国废玻璃固体垃圾的难题。
1.3国外研究现状
据有关资料记载，中国目前废玻璃的回收利用率仅为25%-30%，而西方发达国家废玻璃的利用率就已经超过70%，德国和荷兰就已超过80%，而瑞士超过90%[13]。
可见，废玻璃的回收利用在国外比起国内领先了很多。
西方的一些发达国家从上世纪60年代以来就开始着手于研究用废玻璃制作骨料配制玻璃混凝土，由于当时的混凝土均出现了碱骨料反应膨胀破坏的现象[14]，导致废玻璃用于混凝土的研究后来在很长的一段时期内几乎处于停滞的状态。
但近年来，因为固体废弃物的排放量加大且排放收费标准的上升和公众民众环境意识的不断增强，在西方这些发达国家中开展了新的一轮更广泛的对废玻璃用于混凝土的研究热潮。
国外废弃玻璃的增加和环境问题，同时对处理废弃玻璃的成本考虑，许多研究人员对废弃玻璃应用于混凝土进行了研究。
欧美的一些国家已经很成熟地将废玻璃应用于建筑工程中，这是一条大量消耗废玻璃的非常有效的途径。
因为各种回收的废玻璃无需进行分选，对玻璃的颜色也没有特定的要求。
大量的研究表明，回收的废弃玻璃完全可以作为混凝土骨料使用。
与普通控制混凝土相比，细玻璃骨料混凝土具有很好的抗氯离子渗透性能力[15]，而没有不利的ASR膨胀的影响。
随着玻璃含量的增加，混凝土体积膨胀也会减少。
废弃电子玻璃的利用，可以节约水泥和细骨料。
由于废弃玻璃的处理，自然环境可以及时得到有效地保护。
也有国外的一些研究者人员研究了用废玻璃渣配制成为骨料后定量取代混凝土骨料的玻璃混凝土的一些性能，研究人员发现，当玻璃骨料等量取代15%-60%粗骨料，发现混凝土和易性没有明显改变；当用废玻璃渣等量取代50%和100%细骨料，发现混凝土产生了严重的泌水离析现象，混凝土的塑性性能显著改变；当用废玻璃渣取代混凝土中的天然砂时，发现混凝土的坍落度随废玻璃渣的取代率的增大而减少[16]。
曾经建材专刊[17]有提到，德国的一家名为LIAPOR的公司应用废玻璃生产的轻砂来制作轻混凝土，这种轻砂被命名为LIAVER，是一种轻质膨胀玻璃颗粒，颗粒直径0.25-400mm，平均抗压强度值为120MPa，具有非常好的抗碱和抗有机溶剂等化学侵蚀能力。
这是回收利用废玻璃用于配制混凝土的一个很好的方法。
另外，建材工业信息[18]上报有，美国亚拉巴马州利用废玻璃成功了研制人造轻骨料。
这种轻骨料是由废玻璃及粘土、硅酸钠为原料制成。
还介绍了这种轻骨料具有良好的物理力学性能，完全可以取代其它轻骨料，用于拌制轻骨料混凝土。
并且以试验得出了掺该轻骨料的混凝土达到达到了美国材料试验标准（ASTM）的各项要求。
据报道，瑞士[19]以回收的碎玻璃为原料作为永久性的高强轻质骨料用于建筑业十分成功而有效。
瑞士回收破碎后的废玻璃作为为原料，以天然气为燃料，用回转窑生产质量要求较低的泡沫玻璃粒，作为性能优越的隔热、防潮、防火、永久性的高强轻质骨料，而后用于建筑工程中。
AhmadShayan等[20]人研究了废弃玻璃作为粗骨料、细骨料和粉末骨料等3种废弃玻璃骨料用于混凝土的性能，研究表明：
利用废弃玻璃作为混凝土3种骨料形式具有很大的发展潜力，而细骨料能阻止ASR的影响，而且他们的强度也能获得满意的要求，尤其是粉末玻璃骨料，能改善混凝土的耐久性。
试验得出，30％粉末玻璃作为骨料或水泥的替代物，不会有任何长期的不利影响，细骨料或粗骨料超过50％时，对于C30强度等级的混凝土，可以获得满意的要求和强度发展。
同时也发现，粗玻璃也可以减少ASR在混凝土中的膨胀，但细骨料能阻止ASR的发展趋势，如果玻璃粒径足够小，玻璃可以获得很好的外加剂作用，消除ASR的反应。
美国的研究人员也把废玻璃应用于混凝土中，大量的研究结果显示，含有35%玻璃砖石的混凝土，已达到或超出美国材料测试协会颁布的抗压强度、吸水性和含水量等的最低标准。
虽然早期的实验指明某些高碱水泥能侵蚀玻璃骨料，但是已有许多方法可以解决该问题。
美国矿山局进行试验测试后认为用膨胀的玻璃骨料替代玻璃碎片效果更佳。
用掺有发泡剂的玻璃粉，加热到玻璃熔化点，直至冷却之前，气泡由加热的混合物中逸出，在硬的球体上产生多孔结构，用控制泡形成量的方法，可制成其密度接近固态玻璃并能易浮在水中的轻质骨料。
标准的混凝土每立方英尺重140磅。
用轻质骨料替代混凝土中的砂或石子,混凝土的重量能减少一半而不降低它的强度或其它所要求的性质[21]。
BasharTaha等[22]人的研究发现，废弃玻璃作为天然砂用于混凝土中时候，混凝土的性能会受到很大的影响，l00％废弃玻璃骨料替代天然砂时，离析现象明显出现；相反，当废弃玻璃替代50％的天然砂时候，观测到不良的变化很少。
此外，废弃玻璃作为凝硬性材料替代水泥，对新拌混凝土的性质没有什么影响。
相反，而且能改善新拌混凝土的和易性。
发现废弃玻璃以50％、l00％的掺量分别替代天然砂时，此时对混凝土的抗压强度方面没有多大的变化。
Park等[23]人也对废弃玻璃破碎后作为混凝土的骨料进行了深入的研究，当玻璃粒径超过0.6mm时，此时对混凝土的工作性能有很大的影响。
随着废弃玻璃骨料在配制混凝土时掺量的增加，混凝土坍落度和压实系数相应地减少，空隙率增大，从而导致空气含量增加。
废弃玻璃作为混凝土细骨料，混凝土抗压强度，抗拉强度和弯曲强度有随着废弃玻璃含量的增加而减少的趋势。
粒径在0-5mm的废弃玻璃骨料代替天然骨料30％添加到混凝土中，混凝土抗压强度会减少4％。
同时也研究了混凝土的膨胀率，随着废弃玻璃掺量的增加，膨胀率也相应地增加。
当废弃玻璃骨料掺量增加到30％以上时，其膨胀率依然在0.2％范围内。
我国对废玻璃利用方面的研究与世界发达国家相比，还存在着相当大的差距，主要是解决工厂废玻璃的处理问题，废玻璃的回收工作还未开展起来。
社会上只回收完整的酒瓶、罐头瓶，其目的是返销回酒厂和食品加工厂而对于废玻璃用于建筑工程中的研究更是微乎其微，大批量的实际应用就更谈不上了。
回收利用废玻璃，继续进行生活和生产的需要，是一个世界性的问题，大量的研究也表明，从技术层面上来看，废玻璃有非常大的潜力。
相信在不久的将来，不管是在我国还是在西方的发达国家，回收利用废玻璃将会做的更好。
2原材料及实验方法
2.1原材料
2.1.1玻璃
本实验选用了3种不同色的玻璃：
透明玻璃，绿色玻璃，茶色玻璃。
购于沙坪坝正街街道边上玻璃店内的一些边角料。
2.1.2水泥
水泥采用的是拉法基42.5R普通硅酸盐水泥。
表2.1水泥化学成分（产地：
重庆拉法基水泥厂）
水泥化学成分/%
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
SO3
总碱量
烧失量
22.02
2.65
6.19
58.99
2.53
2.67
0.70
3.08
表2.242.5R级普通水泥的性能（产地：
重庆拉法基水泥厂）
细度/%
标准稠度/%
初凝时间/min
终凝时间/min
抗压强度/MPa
抗折强度/MPa
水化热（KJ/kg）
3d
28d
3d
28d
3d
28d
0.4
28.4
180
240
30.9
55.7
5.8
8.8
246
279
2.1.3砂
中砂，来源于岳阳河砂。
中砂部分性能见表2.3。
表2.3中砂性能（产地：
岳阳）
表观密度/kg/m3
堆积密度/kg/m3
空隙率/%
含泥量/%
细度模数
松散
紧密
松散
紧密
2680
1580
1640
41.0
38.8
0.9
3.0
2.1.4碎石
碎石有粒
升级会员 