【中玻網(wǎng)】經(jīng)過(guò)三次工業(yè)革命的推動(dòng)，社會(huì )得到飛速發(fā)展，社會(huì )生活也得到非常大發(fā)展，然而人們產(chǎn)生的廢棄物越來(lái)越多，廢棄玻璃就是其中之一。目前，根據聯(lián)合國的統計，廢棄玻璃在大部分國家固體廢渣中的比重為7%［1］。在西方發(fā)達國家中，廢棄玻璃占城市垃圾總量的4%~8%，2005年美國廢棄玻璃的產(chǎn)量約1280萬(wàn)t；同樣的，我國廢棄玻璃產(chǎn)量情況也不樂(lè )觀(guān)。我國每年產(chǎn)生的廢棄玻璃總量有1040萬(wàn)t，占固體廢物總量的5%。西方國家從20世紀60年代就開(kāi)始回收利用廢玻璃，已經(jīng)取得顯著(zhù)的成就，如表1所示。歐美等發(fā)達國家的廢玻璃回收率達70%以上，而其中瑞士則高達90%。在廢棄玻璃的回收方面，我國起步較晚，較西方發(fā)達國家差距大，并且大量的廢棄玻璃被丟棄未被合理處理。因此，在這一方面，我國應積較的向西方學(xué)習，學(xué)習他們的先進(jìn)工藝和經(jīng)驗，不斷加大我國在這一領(lǐng)域的工作力度和研究力度，并結合與我國實(shí)際情況相結合，研究出適合我國的路子。

　　在實(shí)際生活中，廢棄玻璃的回收利用的途徑有很多，其中之一就是將廢玻璃應用到制造水泥混凝土制品中。廢玻璃應用到混凝土及其水泥制品中的研究，始于上世紀60~70年代的歐美等發(fā)達國家。在初始階段，廢玻璃主要用于替代混凝土中的粗集料、細集料等，此種工藝可以大大降低混凝土的表觀(guān)密度（約為原來(lái)的1/2），值得一提的是，這種混凝土的其他性能并未顯著(zhù)降低。近幾年，西方發(fā)達國家就將玻璃粉用作水泥替代物用于混凝土的生產(chǎn)做出了一系列研究，并取得不小的進(jìn)展，然而我國卻缺少這一方面的研究。現有研究表明，當廢玻璃粉具有一定的細度就會(huì )表現出火山灰活性，甚至可以用來(lái)替代一定的水泥等作為輔助膠凝材料。因此，這一方面的研究實(shí)際意義重大，一方面可以減少天然材料的用量，另一方面能夠回收利用廢棄玻璃。降低水泥生產(chǎn)的能耗，減少碳排放，因此具有環(huán)保和經(jīng)濟的雙重效益。

　　玻璃的主要原料有石英砂、純堿、石灰石、長(cháng)石等，這些原料在1550~1600℃的高溫下經(jīng)過(guò)熔融、成型、冷卻、固化等階段得到透明非晶態(tài)的產(chǎn)物。玻璃的化學(xué)成分主要有SiO2、Na2O、CaO、Al2O3及少量K2O、MgO等，此外還有各式各樣的特殊性能玻璃是通過(guò)加入某些金屬氧化物、化合物制成的。不同的化學(xué)成分玻璃的特性也不盡相同，常見(jiàn)的有以下幾種玻璃：堿硅酸玻璃、硼硅酸玻璃、鋁硅酸玻璃、鈉鈣玻璃、硅質(zhì)玻璃、鉛玻璃、鋇玻璃等，鈉鈣玻璃是其中常見(jiàn)的，其化學(xué)組成大致為73%SiO2，13%Na2O和10%CaO。研究表明天然砂石和玻璃不僅硬度模數非常接近而且密度相差也不大，這就為廢玻璃替代天然砂石用于配制混凝土提供了可行性。玻璃的脆性非常大，在受到?jīng)_擊載荷時(shí)其破壞的屈服延伸階段并不明顯。玻璃在破碎后呈現多棱狀的表面，粒徑在1.5mm~5mm范圍內時(shí)其脆性非常大，并不適于進(jìn)行攪拌；然而當粒徑<1.5mm時(shí)其脆性得到了非常大的改善，與砂子并沒(méi)有多大的差異。此外玻璃有良好的耐腐蝕性和耐酸性，因此廢玻璃混凝土的耐久性也得到了滿(mǎn)足。綜上所述，廢玻璃用于配制混凝土是完全可行的。

　　廢玻璃取代集料對混凝土性能的影響

　　一、對和易性的影響

　　等體積取代:試驗研究表明用廢玻璃取代砂的混凝土仍為塑性混凝土，且隨著(zhù)廢玻璃取代率的增加，混凝土的坍落度加大。當廢玻璃取代率為50%時(shí)，廢玻璃混凝土的坍落度為普通混凝土的1.21倍；當廢玻璃取代率為高標準時(shí)，廢玻璃混凝土的坍落度為普通混凝土的1.34倍［6］。且廢玻璃混凝土粘聚性良好，保水性良好。廢玻璃混凝土拌合物無(wú)稀漿析出，用振搗棒敲打廢玻璃混凝土錐體的側面時(shí)，錐體逐漸下沉。

　　等質(zhì)量取代:試驗研究發(fā)現廢玻璃集料能夠改善混凝土的和易性，且隨著(zhù)廢玻璃取代率的增加，混凝土的坍落度加大。當用廢玻璃集料等質(zhì)量取代砂時(shí)，廢玻璃混凝土粘聚性良好，保水性良好。當取代率為20%~60%時(shí)，廢玻璃集料混凝土坍落度變化率非常大。當取代率為40%時(shí)，廢玻璃取代砂的坍落度是基準混凝土的1.22倍，此時(shí)坍落度變化率大，當取代率繼續加大時(shí)，廢玻璃集料混凝土坍落度變化率逐漸降低。當取代率為高標準時(shí)，廢玻璃取代砂的坍落度是基準混凝土的1.50倍。綜上，當我們僅考慮坍落度情況時(shí)，利用廢玻璃混凝土配制強流動(dòng)性混凝土時(shí)的取代率為20%~60%。廢玻璃集料的添加能使混凝土的坍落度增加的原因有二：一是廢玻璃表面比砂表面更加光滑，由廢玻璃代替砂能有效減少粗骨料之間的摩擦，從而增加混凝土的流動(dòng)性；二是廢玻璃吸水率為0.17%左右，砂、石的吸水率為1%~3%，且廢玻璃的透水性要高于砂石。然而亦有研究發(fā)現，廢玻璃代替混凝土中天然細集料時(shí)，隨著(zhù)取代率的增加，混凝土的坍落度反而還會(huì )出現下降的趨勢，但和易性依然符合設計要求，與上述學(xué)者實(shí)驗結論恰好相反，這可能與玻璃的幾何形狀有關(guān)。由于玻璃顆粒表面的棱角多于砂子，所以一方面加大了細集料的比表面積，降低了拌合物中的自由水含量，減少了流動(dòng)性；另一方面，多棱角的幾何形狀無(wú)益于顆粒的流動(dòng)，因此在宏觀(guān)上表現為坍落度的下降。

　　二、對力學(xué)性能的影響

　　力學(xué)性能是混凝土作為結構材料的重要性質(zhì)，隨著(zhù)廢玻璃取代砂的比率加大，混凝土的抗壓強度、抗折強度、劈裂抗拉強度呈下降趨勢。

　　1、對立方體抗壓強度的影響

　　研究表明，當廢玻璃取代砂的取代率不超過(guò)20%時(shí)，廢玻璃混凝土的抗壓強度約為普通混凝土抗壓強度的95%左右，抗壓強度下降不明顯。當取代率在20%~75%之間時(shí)，廢玻璃混凝土的抗壓強度變化曲線(xiàn)近似呈直線(xiàn)下降。當取代率超過(guò)75%時(shí)，廢玻璃混凝土的抗壓強度為普通混凝土抗壓強度的65%左右，抗壓強度下降明顯。由此可知，用取代率不超過(guò)20%廢玻璃取代天然砂制作混凝土是可行的。當取代率不超過(guò)20%時(shí)，混凝土的抗壓強度下降不明顯。隨著(zhù)取代率（20%~75%）的逐漸增加，混凝土抗壓強度下降的較快，這主要是由于天然細集料逐漸減少，廢玻璃逐漸增多，而廢玻璃表面較光滑，與硬化后的水泥石粘結強度較小，當有外力作用于混凝土上時(shí)，易在水泥和細集料的界面處發(fā)生破壞，從而使混凝土的抗壓強度下降。

　　2、對軸心抗壓強度的影響

　　某學(xué)者研究表明利用廢玻璃等體積取代混凝土中的砂時(shí)，當廢玻璃取代率為50%時(shí)，廢玻璃混凝土與普通混凝土的軸心抗壓強度相差較小；當廢玻璃取代率為高標準時(shí)，廢玻璃混凝土的軸心抗壓強度為普通混凝土的1.23倍。另有學(xué)者利用廢玻璃等質(zhì)量取代混凝土中的砂，隨著(zhù)廢玻璃的取代率的不斷增加，廢玻璃混凝土試件的軸心抗壓強度先略有加大而后不斷降低。當廢玻璃取代率在20%以下時(shí)，廢玻璃混凝土試件的軸心抗壓強度略大于普通混凝土試件，但差別并不大。

　　3、對彈性模量的影響

　　某學(xué)者用廢棄鋼化玻璃等體積取代混凝土中的砂時(shí)，隨廢玻璃取代率的加大，混凝土的彈性模量加大。取代率為50%廢玻璃混凝土與普通混凝土的彈性模量相差不多，約為普通混凝土的1.09倍。取代率為高標準的廢玻璃混凝土的彈性模量為普通混凝土的1.19倍。三組混凝土彈性模量差異的原因可能是玻璃與水泥漿體的粘結性更好；并且由于玻璃和砂的性質(zhì)不同，所以混合集料與水泥的粘結性沒(méi)有單一玻璃集料與水泥粘結性好。此外，彈性模量的變化也與廢玻璃的組成種類(lèi)有關(guān)，某學(xué)者用普通玻璃等質(zhì)量取代混凝土中的砂時(shí)，廢玻璃集料混凝土的彈性模量低于普通混凝土。這是由于玻璃集料自身的彈性模量小，脆性非常大，舒緩玻璃集料混凝土應變能力弱的緣故。

　　4、對劈裂抗拉強度的影響

　　在實(shí)際工程中，往往用劈裂抗拉強度試驗代替混凝土軸心抗拉強度試驗，從而得出混凝土的軸心抗拉強度。通過(guò)對廢棄玻璃細集料混凝土試件進(jìn)行劈裂抗拉強度試驗，可以發(fā)現：首先，有豎向裂縫在廢棄玻璃細集料混凝土試件的高度中部出現；之后，隨著(zhù)荷載的慢慢上升，裂縫不斷加大，直至貫穿試件的兩端；隨著(zhù)一聲清脆的劈裂響聲，試件被劈成對稱(chēng)的兩個(gè)部分。通過(guò)觀(guān)察試件的壞面，我們不難可以發(fā)現，試件的的整個(gè)破壞截面非常平整，并且其破壞荷載很小。通過(guò)不斷增加廢棄玻璃細集料的用量，可以發(fā)現其劈裂抗拉強度是不斷降低的；當維持廢棄玻璃細集料的取代率在20%左右時(shí)，廢棄玻璃細集料混凝土的劈裂抗拉強度與天然集料混凝土的劈裂抗拉強度基本一致。

　　三、對堿集料反應的影響

　　將廢玻璃破碎后用作集料是目前廢玻璃用于水泥制品生產(chǎn)的主要途徑，但是用作集料會(huì )有一些缺點(diǎn)，其中重要的原因是玻璃中含有活性SiO2等能夠與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2等堿溶液發(fā)生堿集料反應。堿集料反應是目前混凝土研究的一大難題，由于其一旦發(fā)生所帶來(lái)的損失是無(wú)法彌補的，因此廢玻璃混凝土的研究一度無(wú)法進(jìn)行下去。混凝土集料中的活性成分（活性SiO2或活性Al2O3）與水泥、外加劑、摻合料或者水中的堿（主要是Na2O和K2O）所發(fā)生的反應稱(chēng)為堿集料反應，其反應產(chǎn)物通常會(huì )吸水膨脹從而產(chǎn)生內部應力，導致混凝土膨脹開(kāi)裂以至于失去設計性能。堿集料反應按照參與的有害的礦物種類(lèi)通常可以分為兩種，一種是堿硅酸鹽反應（Alkali-Silica Reaction，ASR），另一種為堿碳酸反應（Alkali-Carbonate Reaction,ACR）。對于廢玻璃混凝土，明顯的就是ASR；ASR反應的主要產(chǎn)物為堿硅酸鹽凝膠，反應物則主要為活性SiO2和孔隙溶液中的Na+、K+等。集料中活性SiO2所有的呈任意網(wǎng)狀結構的硅氧四面體使其有很大的表面積，因此K+較易破壞其中的硅氧鍵使其不能聯(lián)合而解體。

　　1、廢玻璃摻量的影響

　　當廢玻璃不磨細并且在不摻加ASR舒緩劑的情況下，混凝土的ASR膨脹在廢玻璃渣取代砂等細集料或者粗集料達到什么樣的比率時(shí)才會(huì )發(fā)生目前并沒(méi)有明確的標準，但是ASR膨脹大小和廢玻璃摻量呈正相關(guān)的趨勢是基本可以確定的，當廢玻璃的摻量加大時(shí)ASR膨脹值也會(huì )加大。

　　2、混凝土中堿含量的影響

　　發(fā)生ASR的必要條件之一是混凝土中含有一定的堿。當混凝土中的堿含量得到有效的控制時(shí)，ASR反應產(chǎn)生的危害將大大降低。混凝土中的堿含量對ASR反應產(chǎn)物的組成，ASR反應速率都有直接影響，影響到混凝土的膨脹破壞程度。水泥是混凝土中堿的主要來(lái)源，混凝土中的堿含量的高低取決于水泥堿含量的高低。固相中的堿一般認為是不會(huì )參與ASR反應的，但孔隙溶液中的堿可直接參與反應。ASR反應膨脹值與混凝土堿含量的定量關(guān)系現在并不明確，該方面的研究也尚處于起步階段。

　　3、玻璃顏色的影響

　　日常生活中有各式各樣不同顏色種類(lèi)的玻璃，例如紅色、藍色、綠色、顏色等，這其中的顏色是由其所摻加的著(zhù)色劑種類(lèi)所決定的。著(zhù)色劑大部分為過(guò)渡金屬的化合物，其不同的種類(lèi)對ASR反應的影響程度也有所不同。Cr2O3著(zhù)色劑的摻加會(huì )使玻璃呈現綠色同時(shí)對ASR反應也有舒緩作用，無(wú)色的硼玻璃對ASR反應的影響要比顏色硼玻璃大。顏色對廢玻璃配制混凝土的影響只是表象，其根本為廢玻璃中的化學(xué)成分的影響，只有分析清楚這個(gè)因素才能從根本上理解并解決問(wèn)題。

　　在一定的廢玻璃摻量、特定范圍的廢玻璃細度的條件下，廢玻璃混凝土的力學(xué)性能和堿集料反應與普通混凝土相差不大。隨玻璃摻量的增加，坍落度加大，工作性能得到改善。所以，用廢玻璃部分代替天然集料制作混凝土是可行的。隨社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，廢玻璃的的排放量日益加大，混凝土的應用也在增加，將廢玻璃應用到混凝土中制作廢玻璃混凝土，不僅能減少污染，保護環(huán)境，還能減少天然集料的使用，節約資源，具有環(huán)保和經(jīng)濟的雙重效益