玻璃骨料粒径对玻璃混凝土性能影响的研究.pdf

2 0 1 2 年 第 8 期 (总 第 2 7 4 期 ) N u mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o ml No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI AND ADM 肿CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 2 3 玻璃骨料粒径对玻璃混凝土性能影响的研究 杨凤玲 ，嵇银行 z ，李玉寿 ， 。荀勇 ( 1 盐城工学院，江苏 盐城 2 2 4 0 5 1 ；2 江苏博特新材料有限公司，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 摘要： 采用各个不同粒径范围的废玻璃骨料代替天然骨料来配制玻璃混凝土， 通过测定该混凝土试件的力学强度和变形性能， 使用 S E M观察、 分析试件断面的微观形貌， 探讨玻璃骨料粒径对玻璃混凝土性能的影响。 结果表明： 玻璃骨料粒径为 2 3 6 1 1 8 m m的混凝土 试件早期强度较高， 1 4 d后由于碱一 硅膨胀反应( A S R ) 使强度降低， 使用时必须加入碱一 硅反应抑制剂 ； 玻璃骨料粒径小于 1 1 8 m m的混 凝土试件早期强度虽低， 但后期强度较高， 性能较好， 均可直接用作混凝土骨料。 关键词： 废玻璃；玻璃混凝土；玻璃粒径；强度；变形 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 7 8 0 3 St ud y on t he i n f l ue nc e o f par t i c l e si z e of t he gl as s a ggr e ga t e 011 t h e pe r f or m a nc e of gl a s s c onc r e t e YANGFe n g - l i n g , J IYi n - ha n g2 , L IYu s h o u ， XUN Yo n g ( 1 Ya n c h e n gI n s t i t u t e o f T e c h o l o g y ， Ya n c h e n g2 2 4 0 5 1 ， C h i n a ； 2 J i a n g s uB o t e Ne wMa t e ri a l s C o ， L t d ， N a n j i n g2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Us i n g e a c h k i n d o f d i ffe r e n t p a r t i c l e s i z e o f t h e wa s t e g l a s s a g g r e g a t e t o r e p l a c e the n a t u r a l a g gre g a t e f o r c o mp o u n d i n g the g l a s s c o n - c r e t e， t h e me c h a n i c a l s e n g t h and the d e f o r ma t i o n al p r o pe r t y o ft h e g l a s s c o n c r e t e s p e c i me n s we r e t e s t e d， t h e c r o s s s e c t i o n o f c o mp o s i t e wa s o b- s e r v e d an d a n aly s i s e d by S EM ， and t h e i n flu e n c e o f the p a r t i c l e s i z e o ft h e g l a s s a g g r e g a t e o n the pe rfo r manc e of g l a s s c o n c r e t e we r e s tud i e d T he e x p e rim e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t ， the e a r l y s tre n g t h o ft h e s a mp l e s wi t h t h e pa r t i c le s i z e o fg l a s s a g gr e g a t e b e t we e n 23 6 mm a n d L1 8 mm i s h i g h e r， b u t a f t e r f o u r t e e n d a y s ， t h e e x p ans i o n c a u s e db y a l k a l i s i l i c a r e a c ti o n ( AS R) o f the g l a s s c o n c r e t el e a d s t od e s t r u c t i o nt ot h e s t r u c tur e ， andma k e s the s e n g t h r e d u c e Wh e n the c o n c r e t e u s e s t h i s p a r t i c l e s i z e g l a s s a g gre g a t e ， i t s h o u l d j o i n the a l kal i s i l i c o n r e a c t i o n i n h i b it o r h e n t h e p a r t i c l e s i z e o f g l ass a g g r e g a t e i s s ma l l e r t h a n 1 1 8 mm ， the e arl y s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e s am p l e s a l t h o u g h l o w， b u t t h e l a t e r s tr e n gth h i g h e r ， a n d i t s p e r f o r ma n c e b e t t e r ， S O a l l C an b e dir e c t l y u s e d for c o n c r e t e a g gre g a t e Ke y wor ds ： wast e g l ass ； g l a s s c o n c r e t e ； t h e g l a s s p a r t i c l e s i z e； s t r e n g t h； d e f o r ma t i o n 0 引言 随着社会经济的迅猛发展 ， 废玻璃产量 日益增加。 基于加 工成本考虑， 只有少量的废玻璃可以被重新加工成为新玻璃 ， 大部分废玻璃通常会作为废物被填埋掉。 废玻璃作为一种能 够回收利用的资源 ， 如何将其有效地利用是一个亟待解决的 重要问题1 】 。 近年来 ， 西方发达国家掀起 了将废玻璃用于混凝 土的研究热潮【2 ， 取得 了很多可用于实践的研究成果。 而中国 这方面的研究较少 ， 中国废玻璃利用率 目前仅 2 5 3 0 ， 而欧洲很多国家废玻璃利用率超过 7 0 6 1 。 大规模地将废玻璃 作为混凝土的骨料使用， 既可为大量减少城市固体垃圾找到 一 条有效途径 ， 又会对发展绿色环保型建筑起到重要 的推动 作用 。 碱一 硅反应是导致混凝土结构破坏的一种物理一 化学过程。 如果骨料中含有高活性的二氧化硅， 则二氧化硅将与水泥浆微 孔中高碱性溶液里的Na 、 K、 C a等阳离子反应( 即， 碱一 硅反应 ， AS R) ， 形成具有高膨胀性的碱一 硅反应胶体。 各种骨料都存在一 个影响碱一 硅反应的最不利粒度值， 由这种粒度的骨料混制的混 凝土， 碱一 硅反应强烈 ， 膨胀量最大川 。 本研究通过采用各个不同 粒径范围的废玻璃骨料代替天然骨料来配制混凝土， 探讨玻璃 骨料粒径对混凝土性能的影响， 以期化废为宝， 节约资源， 为实 现节约型社会做贡献。 1 原材料 与试验 方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 嘉新京阳 P 3 2 5 级水泥， 其物理性能见表 1 。 表 1 水 泥物理力学性能试验结果 ( 2 ) 废玻璃 ： 由本地废品收购站购回的平板废玻璃， 其化学 成分见表 2 o 先将其在 S Md 5 0 0 m inx 5 0 0 mn l 试验球磨机中加工， 加工时将料球中的小钢球和钢锻取出， 仅留大钢球， 破碎 5 mi n 左右取出过筛， 将每两个筛孔尺寸相邻的筛子之间的废玻璃分 别用桶装备用。 表 2 废玻璃 的化学组成 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 2 - 0 6 基金项目：国家自 然科学基金项目( 5 0 3 7 8 0 1 8 ) ； 江苏省生态环境材料重点建设实验室资助项 目( X K Y 2 0 1 0 0 1 1 ) 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2试验 方 法 试件编号 1 6分别表示由以下各粒径范围的碎玻璃制 成 的玻璃混凝 土试件 ： 2 - 3 6 1 1 8 rai n、 1 1 8 0 6 0 mn l 、 0 6 0 0 3 0 ml n 、 0 3 0 0 1 5 n l l T I 、 0 1 5 0 0 7 5 r n n l 、 0 0 7 5 n L r r l 。 试验 用 配合 比见表 3 。 其中， 玻璃骨料粒径较小时， 比表面积变大 ， 需水量增加 ， 若采用相同的用水量 ， 则玻璃骨料粒径小于 0 6 0 ml n的试件难 以成型。 根据试件成型时工作性的要求 ， 粒径小于 0 6 0 r l l n l 的玻璃骨料配制混凝土时调整了用水量 ， 随玻璃骨料粒径的减小 ， 用水量逐渐增加。 具体变化情况如 表 3所示 。 表 3 试验用配合比 材料称量好后， 按 G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检验 方法 进行废玻璃细骨料混凝土性能试验 ， 用 J J 5型水泥胶砂 搅拌机搅拌， 用 z s 1 5型水泥胶砂振实台成型， 标准养护 2 4 h 后脱模 ， 继续在标准条件下养护至指定龄期后测定其力学性能。 变形率试验时， 试件脱模后立即用数显比长仪测定其初始长度， 以后在各指定龄期再测定其长度， 根据测定结果计算各组试件 相应龄期的变形率。 2 试验 结果 与分析 2 1 试 验 结果 2 1 1 强度试验结果 试件各龄期强度试验的结果见表 4 。 各龄期抗折、 抗压强度 结果对比分别见图 1 、 2 。 表 4 强度试验结果 MP a 试验 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 6 0 d 编号抗折 抗压 抗折抗压 抗折抗压抗折 抗压抗折抗压 1 4 0 1 7 6 4 2 2 3 3 4 7 2 7 4 3 7 23 5 38 2 5 6 2 2 1 6 9 2 9 1 2 8 4 0 1 8 1 4 6 3 1 6 5-2 3 2 1 3 2 0 7 4 23 l 1 0 25 1 3 4 3 6 21 6 4 6 2 3 1 4 2 9 l 1 - 3 3-2 1 4 4 3 _ 3 1 5 6 4 0 1 5 9 4 4 1 6 - 3 5 1 4 4 1 2 1 5 9 3 3 1 0 6 3 4 1 1 _ 3 4 1 1 3 3 6 1 5 5 7 2 0 8 3 2 5 】 0 8 5 0 】 6 6 58 2 2 8 1 Z 3 4 5 6 试样编号 图 1 试件各龄期抗折强度对 比图 2 1 2 变形试验结果 各组试件相应龄期的变形率结果见表 5 。 试件各龄期的变 形试验结果对比见图 3 。 1 2 3 4 5 6 试 样编 号 图 2 试件各龄期抗压 强度对 比图 表 5 试件各龄期变形率 0 0 2 0 o 0l 5 O 0 1 0 o 0 0 5 芝 。 墼 一 o -o o s 一o 0 1 0 - 0 0 1 5 -0 0 2 0 - 0 0 2 5 0 0 3 0 龄期 ， d 图 3 试件各龄期的变形率结果对比图 2 2 试验结果分析 由表 4和图 1 可知 ， 编号为 1 ， 即粒径范围为 2 3 6 1 1 8 n -h r n 的玻璃混凝土试件 3 d抗折强度较高， 此后随龄期增长抗折强 度逐渐增加， 至 1 4 d时达到最高 ， 之后抗折强度随龄期增长逐 渐下降， 2 8 d时达到最低 ， 6 0 d时又略有上升。 由表 4和图2可 知， 1 号试件的抗压强度与抗折强度发展规律基本相似， 也在 1 4 d 时达到最高， 后来又有所降低。 由表 5和图 3可知， 1 号试件各 龄期变形率始终为正值 ， 说明混凝土一直处于膨胀状态 ， 由于 玻璃骨料粒径较大， 骨料粒径波动范围小， 空隙率高， 因而混凝 土内部孔隙较多。 由于早期水泥中的碱与碎玻璃中活性 S i O： 发 生反应引起的膨胀填充内部孔隙， 从而使早期强度提高， 至 7 d 时膨胀值最大， 随后膨胀值减小， 继续填充孔隙， 使混凝土结构 更加致密， 在 1 4 d时强度达最大值 ， 1 4d后膨胀又开始增大， 此 时会对内部结构产生破坏作用 ， 从而使强度降低嗍 。 图 4中a 、 b 两图分别为 1 号试件养护 1 4 、 2 8 d后断面的 S E M电镜照片。 图a 中可以看出， 试件标准养护 1 4 d时， 玻璃骨料与水泥石胶结较 好， 混凝土内部结构致密。 图b中可以看出， 试件标准养护 2 8 d 时， 混凝土中的碱一 硅反应对试件结构不利， 由于该玻璃骨料粒 径较大， 混凝土内部产生的不均匀膨胀对结构造成破坏， 在界 面处产生微裂缝。 因此， 在使用这种粒径的玻璃作骨料的混凝土 中， 可掺人适量的偏高岭土做碱一 硅反应抑制剂 。 从表 4 、 图 1 、 2还可 以看 出， 编号为 2 ， 即粒径范 围为 1 1 8 0 6 0 ln l T l 的玻璃混凝土试件随龄期增长， 其抗折、 抗压强度都不 断增加。 由表 5和图 3可知， 该混凝土试件随龄期延长 ， 变形率 79 如 加 m O 、 暇坦 7 6 5 4 3 2 1 O B d 、 嚼鞲 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