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国内外废弃玻璃混凝土研究情况与展望

来源:原创论文网 添加时间:2020-02-26

  摘    要: 废弃玻璃作为固体废弃物之一,如何对废弃玻璃进行合理有效的回收利用已成为研究的热点。本文重点叙述了国内外学者对废弃玻璃在混凝土中的应用研究成果,探讨了废弃玻璃在再生混凝土中的研究现状,并论述了其未来发展前景。从现有文献中可以初步得出废弃玻璃在再生混凝土中的应用在理论上是可行的,但还需要深入探索研究,在实际工程中还应当进一步加以验证。

  关键词: 废弃玻璃; 再生混凝土; 研究现状; 发展前景;

  1 、研究背景及意义

  当前,在国家新战略的指导下,城市化进程迅速加快,人民生活水平日益提高,伴随着玻璃制造业的快速发展,玻璃的需求量越来越大。玻璃在实际中的用途广泛,消耗量巨大,在日常生产和使用过程中会产生大量的废弃玻璃垃圾。联合国的统计数据则表明,全球固体废渣中有7%为废弃玻璃[1]。这些废弃玻璃垃圾由于品种各异、颜色多样且大多数难于降解,造成分类困难。目前对废弃玻璃处置的常见做法是一部分用来填埋,还有一部分专门定点堆放再加工制造,这样既占用土地资源又会污染环境,因此如何对这些废弃玻璃进行合理有效的回收利用,成为全世界共同的一大难题,也是国内外众多学者研究的热点。

  相比国内,国外很早就开展了废弃玻璃在混凝土中的研究,取得了一些有参考价值的研究成果。自我国扩大改革开放以来,全国各地大力进行工程建设,在对资源的可持续利用和生态坏境的重视下,国内学者相继兴起了对废弃玻璃在混凝土中的研究热潮,也取得了一定的研究成果并在实际工程中得到了应用,研究技术也比较成熟。为了更加深入的研究,近年来,有一些学者尝试对废弃玻璃在再生混凝土中的应用研究,以达到多种固体废弃物综合有效利用的目的。这项研究目前还处在初步阶段,是未来废弃玻璃应用研究的一个新趋势,具有重要的现实意义。

  2、 国内外对废弃玻璃混凝土的研究

  废弃玻璃混凝土是将废弃玻璃加入到混凝土中所形成的。国内外学者对这方面做了大量研究,研究主要集中在将废弃玻璃作为粗骨料、细骨料和掺合料加入到混凝土中,取得了一些有价值的研究成果。

  (1)废弃玻璃作为粗骨料、细骨料在混凝土中的研究方面。

  Limbachiya[2]研究发现,采用废弃玻璃作为混凝土粗细骨料具有明显的碱骨料反应。赵祖芳等[3]的试验结果表明将废弃玻璃再生粗骨料、细骨料按一定比例替代混凝土的天然骨料是可行的,废弃玻璃粗骨料和细骨料的最优替代量为25%左右,最优取代率掺量下废弃玻璃混凝土工作性能优于基准配比混凝土。王凤池等[4]利用废弃玻璃等质量取代混凝土粗、细集料。通过坍落度、抗压强度等试验,研究取代率及取代形式对混凝土性能的影响。研究表明:废弃玻璃集料的抗压强度随龄期增长幅度高于普通混凝土;废弃玻璃集料混凝土的抗压强度随粗骨料压碎指标增大而提高。刘光焰等[5]对比分析废弃玻璃粗细骨料混凝土的施工性能和强度,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15%之内与天然骨料相差不多。王凤池等[6]研究了废弃玻璃细骨料对混凝土柱受力性能的影响,研究表明:废弃玻璃细骨料可以100%替代混凝土柱中普通砂,且抗压性能可以满足使用要求。刘光焰等[7]将废弃玻璃作为混凝土粗骨料和细骨料,进行了混凝土的力学性能试验。试验研究表明,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,废弃玻璃混凝土的轴心抗压强度和劈裂抗拉强度均下降,而且粗骨料下降的更快;废弃玻璃粗骨料的弹性模量均随着废弃玻璃骨料的增加而减少,相反,废弃玻璃细骨料在取代率为15%以内时,其弹性模量有所增加,超过15%后,弹性模量随着废弃玻璃细骨料的增加而减少。

  (2)废弃玻璃作为掺合料在混凝土中的研究方面。

  Ahmad Shayan[8]等进行了废弃玻璃矿物掺合料的混凝土现场实验,试验结果表明掺入废弃玻璃掺合料的混凝土具有良好的力学性能、干缩和抗碱硅盐反应性能,废弃玻璃掺合料能有效提高混凝土抗氯离子渗透能力。刘光焰等[9]把玻璃粉作为胶凝材料掺入混凝土中,研究不同粉磨时间的玻璃粉以不同质量分数、不同水灰比掺入混凝土中对混凝土力学性能的影响。研究结果表明:掺玻璃粉混凝土的强度随着玻璃粉质量分数的增加而降低,玻璃粉的后期火山灰活性会抵消部分下降趋势。随着粉磨时间的增加,玻璃粉颗粒粒度减小,火山灰性增强,且分散性更好,能有效改善浆体结构,提高致密性,使混凝土强度增加。赵祖芳等的试验结果表明用废弃玻璃粉替代混凝土中的部分原料是可行的,当用75μm的玻璃粉替代混凝土的水泥会降低玻璃混凝土强度,但当替代量小于10%的时候,对试件的强度影响不大。黄昌石等[10]研究了废弃玻璃对混凝土ASR膨胀的影响,研究结果表明:各砂浆棒试件的膨胀率基本随着龄期的增长而增大;在单一掺料下,与对照组相比,玻璃砂会增大ASR膨胀,而玻璃粉能较好地抑制ASR膨胀;当同时掺入玻璃砂和玻璃粉时,适当掺量的玻璃砂和玻璃粉能较好地抑制ASR膨胀,当玻璃粉掺量少或者玻璃砂掺量较大时,对ASR膨胀的抑制效果会减弱;玻璃粉粒径为0~13μm、13~38μm、38~75μm的砂浆膨胀率随龄期的增长趋势相当,但膨胀率基本随着玻璃粉粒径的减小而减小,可以较好地抑制ASR膨胀。李丽华等[11]认为将废弃玻璃磨细成粉料用作混凝土辅助胶凝材料,既可以解决玻璃骨料的碱一骨料反应问题,还能发挥其火山灰作用,改善混凝土的性能。陈金平等[12]总结了国内外关于废弃玻璃作为部分或全部集料的废弃玻璃混凝土的碱集料反应研究,得出结论:一定细度的玻璃粉不会产生碱集料反应。
 

国内外废弃玻璃混凝土研究情况与展望
 

  此外,对于废弃玻璃在活性粉末混凝土的应用方面,有学者也进行了研究。刘数华等[13]采用废弃玻璃粉部分取代水泥制备活性粉末混凝土(RPC),研究玻璃粉掺量和水胶比对活性粉末混凝土(RPC)抗压强度和微结构的影响。研究结果表明:采用具有一定细度的废弃玻璃粉作为矿物掺合料替代部分水泥配制RPC,可提高RPC的强度;随着玻璃粉掺量的增加,RPC抗压强度提高,特别是玻璃粉掺量不超过20%时。彭博等[14]采用球磨技术得到不同研磨时间的玻璃粉,并对玻璃粉的相关物理、化学性能进行了测试。基于活性粉末混凝土(RPC)的配合理论和水化机理,从化学成分、物理性能以及矿物掺和料叠加效应3个方面论证了以废弃玻璃粉为掺和料制备活性粉末混凝土(RPC)的可行性。

  3、 废弃玻璃在再生混凝土中的研究现状分析

  针对废弃玻璃在再生混凝土的研究方面,近年来有少数学者做了研究,认为废弃玻璃用作骨料、掺合料加入到再生混凝土中是可行的。

  杨晶[15]开展了将废玻璃作为辅助胶凝材料应用于再生混凝土中的研究,得出优化后的废玻璃微粉作为辅助胶凝材料的使用条件为粒径在38μm以下、掺量为灰份质量的15%、水灰比为0.45。得出结论:废玻璃微粉作为辅助胶凝材料应用于再生混凝土中是可行的。叶腾等[16]的研究表明废弃玻璃和废弃混凝土两种固体废弃物进行综合利用生产再生混凝土具有一定的可行性。王宗强等[17]研究了废弃玻璃与粉煤灰在C40自密实再生混凝土中的最佳取代率。试验结果表明:在再生粗骨料取代率为20%的基础上,当废弃玻璃与粉煤灰的最佳取代率分别为20%和30%时,自密实再生混凝土的力学性能和经济性达到最佳。李春光等[18]研究了废玻璃对废弃黏土砖再生混凝土力学性能的影响。研究表明:将处理后的废玻璃以胶凝材料、细骨料、粗骨料三种形式制备再生黏土砖混凝土是完全可行的,废玻璃作粗骨料且含量为50%时,废玻璃作为细骨料在取代率为50%时达到最优效果。阚义文等[19]研究将废玻璃和废橡胶作为建筑材料掺入混凝土中制备混凝土构件。结果表明:废橡胶掺量是影响废弃固体颗粒混凝土抗压强度的主要因素,两种固体废弃材料体积取代率为30%混凝土试件的抗压强度较普通混凝土下降约30%。

  由于国内外对这方面的研究较晚,研究文献较少,目前的研究还仅仅处在初步阶段,需要广大科研人员从多个角度出发去研究影响再生混凝土性能的可能因素,并做进一步深入探索研究,为废弃玻璃在再生混凝土中的应用提供可靠的依据。

  4、 发展前景

  从目前的研究进展来看,废弃玻璃在再生混凝土中的应用在理论上是可行的。但这项研究还处在试验初步阶段,需要从更大层面去研究,特别是要从建筑构件的结构性能方面进行全面深入研究,还应当在实际工程中去加以验证并充分应用。未来随着研究的不断深入,废弃玻璃在再生混凝土中关键技术的应用会得到逐渐成熟,使废弃玻璃能够得到最大限度的回收利用,保证资源的可持续发展,具有广阔的发展前景。

  然而,要使废弃玻璃在再生混凝土中得到进一步应用和推广,还需要从以下几个方面考虑,共同协调作用。第一,在政府方面,国家在政策上还要大力支持,制定统一的相对比较符合实际的废弃玻璃再生混凝土应用的国家标准和行业标准,使得废弃玻璃在建筑上的应用得到进一步规范化,保证废弃玻璃应用的市场秩序。第二,在科研方面,由于废弃玻璃本身的特性,目前在再生混凝土中的应用还处在初步阶段,在实际工程中的应用还比较局限,特别是在结构性能方面的应用还相对较少。因此要提高力度,支持和鼓励科研人员积极探索研究,充分发挥废弃玻璃的优点,扩大废弃玻璃在建筑行业的应用范围。第三,在企业方面,企业要充分利用国家的优惠政策,加大对废弃玻璃在再生混凝土中应用的研发投入,积极创新,加强对废弃玻璃在建筑业应用中的关键技术研究,探索废弃玻璃的应用效能。第四,在成本方面,由于国家加强对环境的保护力度,特别是注重对垃圾的分类,使得废弃玻璃的回收成本降低,这在一定程度上也节约了废弃玻璃的应用成本。综合以上几个方面来看,废弃玻璃在再生混凝土中的研究应用具有很好的发展前景,应当在将来的实际工程应用中采取更加有利的措施积极加以推广。

  总之,废弃玻璃在再生混凝土中的应用会随着研究的持续深入得到进一步发展,应用前景较好。在实际的研究应用中还应该紧密结合国家对建筑业的发展政策,适应国家对新时代城市及乡村发展战略的要求,加快探索应用发展模式,积极提倡生态文明建设,走可持续发展的道路。在应用中还要考虑废弃玻璃的特点,注重对废弃玻璃在应用中关键技术的研究,设计出符合工程实际的再生混凝土配合比,在应用过程中还应当进一步调整优化,以提高再生混凝土的性能,拓宽废弃玻璃在建筑业中的应用领域。

  参考文献

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