堿廢玻璃骨料混凝土的研究

0廢玻璃混凝土利用由于各種天然骨料的潛在活性以及混凝土結構的長期潛在問題，堿性-硅反應已成為整個混凝土結構和學術界的研究重點。而鈉鈣玻璃相對簡單的化學組成和非晶態(tài)結構,使其成為研究混凝土中堿—硅反應的理想骨料。對在玻璃骨料研究中得出的堿—硅反應抑制理論和開發(fā)出的抑制技術,或許可被用于活性的天然骨料混凝土的研究上,從而解決整個混凝土工程和學術界的關鍵問題。更重要的是,大規(guī)模地將廢舊玻璃(主要是其中含有金屬、塑料、陶瓷等雜質的生活垃圾中的玻璃)作為混凝土的骨料使用,不僅為大量減少城市固體垃圾找到了一條有效途徑,而且還會對發(fā)展綠色環(huán)保型建筑起到重要的推動作用。將廢玻璃用于建筑材料中是處理這類廢物的最理想方法,最近的研究表明,將廢玻璃用作混凝土的礦物摻合料是可行的。近年來,美國哥倫比亞大學和國外一些研究機構(如:英國SHEFFIELD大學的水泥混凝土中心)開展了對玻璃骨料混凝土的綜合性研究,系統(tǒng)地研究了玻璃骨料的含量、粒度、顏色、成分等對混凝土中堿—硅反應的影響,探索了抑制堿—硅反應有害作用的實用方法。目前,歐美等國正致力于采用玻璃混凝土制作外墻裝飾板,使廢玻璃變成色彩艷麗的裝飾材料。本課題組探索用廢玻璃骨料取代天然骨料制作的玻璃混凝土試件,其強度和變形性能都是令人滿意的,尤其是后期強度,增長幅度特別大。我們已用廢玻璃骨料制作了非預應力和預應力碳纖維-玻璃纖維混編織物玻璃混凝土薄板。這進一步說明廢玻璃完全可以作混凝土骨料,用其制作外墻裝飾板的前景是廣闊的。1試驗材料1.1抗壓強度和標準稠水用量水泥為嘉新京陽水泥有限公司產Ⅱ型硅酸鹽水泥。其3d的抗折和抗壓強度分別為3.9MPa和16.5MPa;28d的抗折和抗壓強度為8.1MPa和42.7MPa;標準稠度用水量為26.0%;凝結時間為:初凝155min,終凝245min。1.2高大壯樹滁州市惠友粉體材料廠產,其化學成分見表1,其它性能指標見表2。1.3桶裝固結試驗碎玻璃為廢品收購處購回的廢玻璃,在SM?500mm×500mm試驗球磨機中加工,加工時將料球中的小鋼球和鋼鍛取出,僅留大鋼球,破碎5min左右取出過篩,將每兩個篩孔尺寸相鄰的篩子之間的碎玻璃分別用桶裝備用。試驗時按如下級配稱量。碎玻璃的級配為:2.36mm～1.18mm:49%;1.18mm～0.60mm:24%;0.60mm～0.30mm:22%;0.30mm～0.15mm:5%。該級配的碎玻璃的細度模數為3.2,為Ⅰ區(qū)粗砂。1.4阿爾沙姆砂為河砂,也用篩進行篩分,將每兩個篩孔尺寸相鄰的篩子之間的砂分別用桶裝備用。試驗時按與碎玻璃相同的級配稱量。1.5外包外加劑采用JM-PCA(I)混凝土超塑化劑。2膠砂強度試驗試驗用配合比見表3。材料稱量好后,按水泥膠砂強度試驗方法,用JJ-5膠砂攪拌機攪拌,用ZJ-15型膠砂振動臺成型,并在標準條件下養(yǎng)護至有關齡期測定其相應的性能指標。3試驗結果與討論3.1試驗結果3.1.1試驗結果表明，試件各齡期強度試驗的結果見表4。各齡期抗折強度和抗壓強度結果對比分別見圖1和圖2。3.1.2各試件變形率測定各組試件成型后24h脫模,脫模后立即用數顯比長儀測定其長度,以后在各相應齡期測定其長度,根據測定結果計算出各組試件相應齡期的變形率,計算結果見表5。試件各齡期的變形試驗結果對比見圖3。3.2偏高嶺土對試件的力學性能從表4和圖1可以看出,采用河砂制作的試件S1,隨著齡期的延長,抗折強度不斷增加,在28d齡期時最高,但到8月齡期時其抗折強度沒有采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1的高;采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1,除7d抗折強度比3d抗折強度稍有下降外,以后隨著齡期的延長,抗折強度不斷增加,到8月齡期時其抗折強度最高,比采用河砂制作的試件S1的抗折強度提高38.2%,比僅采用碎玻璃制作的試件G-M2的抗折強度提高167.4%;而僅采用碎玻璃制作的試件G-M2,7d抗折強度達到最大值,以后隨著齡期的延長,抗折強度到28d齡期時最低,到8月齡期時有所回升,但仍比其7d抗折強度低。從表4和圖2可以看出,采用河砂制作的試件S1,隨著齡期的延長,抗壓強度不斷增加,在28d齡期時最高,但到8月齡期時其抗壓強度沒有采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1的高;采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1,隨著齡期的延長,抗壓強度不斷增加,到8月齡期時其抗壓強度最高,比采用河砂制作的試件S1的抗壓強度提高36.7%,比僅采用碎玻璃制作的試件G-M2的抗壓強度提高156.2%;而僅采用碎玻璃制作的試件G-M2,7d抗壓強度達到最大值,以后隨著齡期的延長,抗壓強度到28d齡期時不斷降低,到8月齡期時有所回升,但仍比其7d抗壓強度低。從表5中可以看出采用河砂制作的試件S1和采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1,與1d時長度相比,都減少了,即發(fā)生了收縮。從圖3還可以看出,兩組試件的變形規(guī)律到119d時基本一致。到8月齡期時,采用河砂制作的試件S1,其收縮率減小,僅為28d齡期的1/14;而采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1,其收縮率比28d齡期時略增。僅采用碎玻璃制作的試件G-M2,僅3d齡期時長度與1d時相比,減少了,即發(fā)生了收縮,以后各齡期時長度與1d時相比,都增加了,在14d和28d齡期時其增加最顯著,到8月齡期時,其膨脹率有所減少,僅為28d齡期的47%。從表4和圖1、圖2可以看出,3d齡期時三種試件的抗折和抗壓強度基本差不多,以后各齡期時三種試件的抗折和抗壓強度差距就比較大,表5和圖3也呈現(xiàn)出類似的現(xiàn)象。僅采用碎玻璃制作的試件G-M2,7d齡期時抗折和抗壓強度最大,以后齡期時其抗折和抗壓強度不斷降低,到28d齡期時最低,其膨脹率最大,到8月齡期時,其膨脹率有所減少,其抗折和抗壓強度比28d齡期時有所提高。可能是由于早期混凝土試件中大的毛細孔隙較多,水泥中的堿與碎玻璃中活性SiO2發(fā)生反應而生成一種膠體,在水中養(yǎng)護的時候,膠體會膨脹而填充毛細孔隙,膨脹值不大,使混凝土結構更加致密,從而導致混凝土強度增長。而在14d齡期以后,反應繼續(xù)進行,生成的膠體會進一步膨脹而導致水泥石開裂,從而導致混凝土強度降低。到8月齡期時,其膨脹率有所減少,說明水泥的水化反應繼續(xù)進行,填充了部分裂縫,使混凝土結構比較致密,因而強度略有增加。采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1,各齡期的強度增長規(guī)律與采用河砂制作的試件S1一樣,且其變形規(guī)律也一樣。但到8月齡期時,采用碎玻璃并加入偏高嶺土制作的試件G-M1,其抗折和抗壓強度最高。這可能是偏高嶺土這種火山灰材料中的活性SiO2和活性Al2O3與水泥中的堿較快地發(fā)生了反應,生成了水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,消耗了水泥中的堿,抑制了水泥中的堿與碎玻璃中活性SiO2之間的反應,不致產生膨脹而導致水泥石開裂,從而使水泥石強度不斷增長。特別是在后期,火山灰反應繼續(xù)進行,因而其抗折和抗壓強度達到最高。4堿—結論綜上所述,可以得到如下結論:(1)僅采用碎玻璃制作的水泥混凝土試件,7d齡期時強度最高,以后隨著齡期的延長,強度不斷降低,這是由于7d齡期時,水泥石中的毛細孔隙被填充得較密實,以后堿—硅反應生成的膠體會進一步膨脹而導致水泥石開裂,從而使混凝土強度降低。(2)摻入適量的偏高嶺土制