張凈霞

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350000)

0 引言

過(guò)去幾十年中，我國(guó)城鎮(zhèn)的快速發(fā)展帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在現(xiàn)每年產(chǎn)生的建筑垃圾廢棄物超過(guò)17億t，其中廢棄混凝土超過(guò)2億t[1]。我國(guó)每年產(chǎn)生的廢棄玻璃總量占城市廢棄垃圾總量的5%，達(dá)1 040萬(wàn)t[2-3]。目前大部分的建筑垃圾廢棄物無(wú)法得到有效的回收利用，這對(duì)城市及其周邊的生態(tài)環(huán)境造成了很大的破壞。本研究將廢棄混凝土和廢棄玻璃同時(shí)進(jìn)行資源化的回收并利用于混凝土中，希望能促進(jìn)建筑廢棄物回收利用的發(fā)展，減輕建筑對(duì)環(huán)境的影響，推動(dòng)我國(guó)綠色建筑的發(fā)展。

1 試驗(yàn)所用原材料情況

石子采用5～25 mm普通級(jí)配碎石。砂為普通河砂，其細(xì)度模數(shù)經(jīng)檢測(cè)為2.8，含泥量<3.0%。本試驗(yàn)水泥為金牛水泥，等級(jí)為42.5級(jí)。減水劑為江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的PCA-I系列聚羧酸高性能減水劑。廢棄玻璃采用1～3 mm玻璃砂，表觀(guān)密度為2 500 kg/m3，吸水率為0.31%，其原材料為廠(chǎng)家收集的建筑廢棄玻璃，并通過(guò)沖洗、破碎、篩分之后制造而成。再生骨料來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室混凝土廢棄試塊，經(jīng)破碎、篩分制成的5～25 mm骨料。

圖1 玻璃砂

2 配合比設(shè)計(jì)及強(qiáng)度結(jié)果

試驗(yàn)的混凝土配合比設(shè)計(jì)參照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和DG/T J08—2018—2007《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。砂率為0.29，水膠比基準(zhǔn)組為0.50。按照坍落度≥150 mm、強(qiáng)度等級(jí)達(dá)C35的目標(biāo)先進(jìn)行了混凝土的試配，確?；炷恋墓ぷ餍阅芎蛷?qiáng)度達(dá)到預(yù)期。最終本試驗(yàn)所采用的再生混凝土配合如見(jiàn)表1。

3 再生混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 再生粗骨料取代率對(duì)廢玻璃再生混凝土基本力學(xué)性能的影響

粗骨料取代率對(duì)廢玻璃再生混凝土基本力學(xué)性能的影響如圖2～5所示。從圖中可見(jiàn)廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能隨再生粗骨料取代率的增加而降低，其中抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度降幅較高。50%和100%再生粗骨料取代率的廢玻璃再生混凝土較未摻入再生粗骨料組相比，立方體抗壓強(qiáng)度分別下降了10.3%和17.1%，軸心抗壓強(qiáng)度分別下降了8.3%和12.8%，劈裂抗拉強(qiáng)度分別下降了11.8%和15.7%，彈性模量則分別下降了2.5%和6.2%。

僅有彈性模量隨再生粗骨料取代率的增加而下降的幅度較小，原因在于彈性模量測(cè)試并非破壞性測(cè)試，加載過(guò)程中廢玻璃再生混凝土并未到達(dá)極限狀態(tài)，此時(shí)再生粗骨料和水泥基之間的界面過(guò)渡區(qū)離臨界狀態(tài)還有較大距離。對(duì)比相關(guān)再生混凝土研究發(fā)現(xiàn)，粗骨料取代率對(duì)于廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能影響基本與普通的再生混凝土類(lèi)似[4-6]。這主要是因?yàn)閺U玻璃的成分與砂相近，其較高的機(jī)械強(qiáng)度和黏結(jié)性能均優(yōu)于再生粗骨料，所以摻入廢玻璃不影響再生粗骨料對(duì)于混凝土的影響趨勢(shì)。

表1 混凝土配合比和強(qiáng)度

圖2 粗骨料取代率對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響

圖3 粗骨料取代率對(duì)軸心抗壓強(qiáng)度的影響

3.2 廢玻璃取代率對(duì)廢玻璃再生混凝土基本力學(xué)性能的影響

圖6～9顯示了廢玻璃取代率對(duì)廢玻璃再生混凝土基本力學(xué)性能的影響。A4組未使用廢玻璃，A2組廢玻璃取代了25%的天然砂，A5組則使用廢玻璃取代了50%的天然砂。整體規(guī)律上可見(jiàn)隨著廢玻璃使用比例的增加，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能均有不同程度的降低。25%和50%廢玻璃取代率的廢玻璃再生混凝土與未使用廢玻璃組相比，立方體抗壓強(qiáng)度分別降低了5.8%和16.4%，軸心抗壓強(qiáng)度分別降低了2.9%和18.5%，劈裂抗拉強(qiáng)度分別降低了5.7%和24.8%，彈性模量則分別降低了1.9%和3.7%。

圖4 粗骨料取代率對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

圖5 粗骨料取代率對(duì)彈性模量的影響

廢玻璃砂的使用會(huì)降低混凝土的基本力學(xué)性能的原因在于廢玻璃砂的表面較為光滑，其與凝結(jié)硬化之后的水泥石之間的黏結(jié)強(qiáng)度較為有限。在受力時(shí)容易首先產(chǎn)生微裂紋，形成應(yīng)力集中，進(jìn)一步加速混凝土的破壞。同時(shí)，使用取代率為25%的廢玻璃取代天然砂對(duì)廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能影響較為有限，而當(dāng)該取代比率增加至50%時(shí)，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能降幅明顯。

圖6 廢玻璃取代率對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響

圖7 廢玻璃取代率對(duì)軸心抗壓強(qiáng)度的影響

圖8 廢玻璃取代率對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

3.3 水膠比對(duì)廢玻璃再生混凝土基本力學(xué)性能的影響

圖10～13可見(jiàn)水膠比對(duì)廢玻璃再生混凝土基本力學(xué)性能的影響。A1、A6和A7的水膠比分別為0.5、0.4和0.3。可見(jiàn)與普通混凝土的趨勢(shì)相同，隨水膠比的減小，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能增加。水膠比為0.3和0.4組的廢玻璃再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度較0.5組分別增加了9.3%和15.6%，軸心抗壓強(qiáng)度分別增加了10.4%和16.6%，劈裂抗拉強(qiáng)度分別增加了17.0%和20.9%，彈性模量分別增加了3.4%和9.2%。

圖9 廢玻璃取代率對(duì)彈性模量的影響

與普通再生混凝土相比，隨水膠比的減小，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能增加的幅度較小[7]。這是因?yàn)閺U玻璃再生混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)在于廢玻璃砂與水泥石之間的界面，雖然降低水膠比能有效提升水泥石的強(qiáng)度，但對(duì)于廢玻璃與水泥石之間的界面黏結(jié)強(qiáng)度的提升效果有限。所以在受壓時(shí)，依然容易先破壞水泥石和玻璃砂之間的界面過(guò)渡區(qū)，因此利用降低水膠比來(lái)提升強(qiáng)度的效果不如普通混凝土。

圖10 水膠比對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度的影響

圖11 水膠比對(duì)軸心抗壓強(qiáng)度的影響

圖12 水膠比對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

圖13 水膠比對(duì)彈性模量的影響

4 結(jié)論

1)廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能隨著再生粗骨料取代率的增加而降低。50%和100%再生粗骨料取代率的廢玻璃再生混凝土較未摻入再生粗骨料組的立方體抗壓強(qiáng)度分別下降了10.3%和17.1%，軸心抗壓強(qiáng)度分別下降了8.3%和12.8%，劈裂抗拉強(qiáng)度分別下降了11.8%和15.7%，彈性模量則分別下降了2.5%和6.2%。

2)隨著廢玻璃使用比例的增加，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能均有不同程度的降低。25%和50%廢玻璃取代率的廢玻璃再生混凝土與未使用廢玻璃組的立方體抗壓強(qiáng)度分別降低了5.8%和16.4%，軸心抗壓強(qiáng)度分別降低了2.9%和18.5%，劈裂抗拉強(qiáng)度分別降低了5.7%和24.8%，彈性模量則分別降低了1.9%和3.7%。使用25%廢玻璃取代天然砂對(duì)廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能影響較為有限，而當(dāng)該取代比率增加至50%時(shí)，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能降幅明顯。

3)廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能隨水膠比的減小而增加。水膠比為0.3和0.4組廢玻璃再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度較0.5組分別增加了9.3%和15.6%，軸心抗壓強(qiáng)度分別增加了10.4%和16.6%，劈裂抗拉強(qiáng)度分別增加了17.0%和20.9%，彈性模量分別增加了3.4%和9.2%。與普通再生混凝土相比，隨水膠比的減小，廢玻璃再生混凝土的基本力學(xué)性能增加的幅度較小。