廢舊玻璃粉對水泥膠砂性能的影響

陳向哲，丁麗芳，周亮

（河北建設集團股份有限公司，河北 保定 071000）

隨著科技的飛速發展和生活質量的提高，玻璃及其加工制品開始廣泛應用于各個領域，與此同時，廢舊玻璃的產出量也在不斷增加。我國目前的廢舊玻璃回收利用率約為 30% 左右，低于全球平均水平。在我國，不能回收利用的固體廢棄物大多通過填埋的方式處理，造成了資源的大量浪費。因此，找到可以高效利用廢舊玻璃的途徑成為主要研究方向。

1 原材料

（1）水泥：選取京蘭 P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，該水泥各項性能指標均符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規定要求，主要性能指標見表 1。

表1 水泥的物理性能指標

（2）粉煤灰：選用清苑Ⅱ級粉煤灰，主要性能指標見表 2。

表2 粉煤灰基本性能

（3）礦粉：選取乾華 S95 級礦粉，主要性能指標見表 3。

表3 礦粉的技術指標

（4）水：選用飲用水。

2 試驗方法

2.1 玻璃粉制備

本試驗所采用的玻璃是廢品回收站收購的廢棄玻璃，除去表面非玻璃雜質，用人工破碎的方法，先將大塊玻璃破碎成小塊，然后用壓碎值指標測定儀進行壓碎，再利用小型球磨機將破碎好的玻璃分別粉磨 20min、30min、40min 后密封備用。為保證試驗的準確性，球磨之前先將球磨機內部打掃干凈，以防止廢玻璃粉中摻入其他雜質，影響廢玻璃粉純凈度。

2.2 水泥膠砂試驗

依據 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》和 GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》相關規定，本研究將玻璃粉、礦粉和粉煤灰分別以 0%、5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥進行水泥膠砂試驗，制備玻璃粉、礦粉和粉煤灰膠砂試件，然后進行膠砂流動度、膠砂試件 28d 抗折強度、28d 抗壓強度等試驗。

3 試驗結果

利用 SM-500 型水泥試驗磨對廢舊玻璃進行不同時間的磨細，利用激光粒度儀和水泥細度負壓篩析儀分別測定不同粉磨時間玻璃粉的比表面積和細度，研究粉磨時間對廢舊玻璃粉比表面積和細度的影響；將不同比表面積的廢舊玻璃粉以不同比例替代水泥進行膠砂試驗，通過制作膠砂試件，分析比表面積對膠砂活性指數的影響。通過對比不同比表面積廢舊玻璃粉的膠砂活性對廢舊玻璃粉的比表面積進行優選，選出最優比表面積的廢舊玻璃粉。

3.1 粉磨時間對廢舊玻璃粉細度及比表面積影響

不同粉磨時間廢舊玻璃粉的細度、比表面積及粉煤灰（F）細度、礦粉（KF）比表面積如表 4 所示，表中 T20、T30、T40 分別表示使用 SM-500 型水泥試驗磨粉磨 20、30、40 分鐘的廢舊玻璃粉。

表4 廢舊玻璃粉比表面積和細度隨粉磨時間變化表

用激光粒度儀測試不同粉磨時間廢舊玻璃粉粒度分布圖見圖 1～3。

從圖 1 可以看出廢舊玻璃粉粉磨 20min 出現 3 個峰值，粒徑分布不均勻，且 10μm 以上的顆粒含量占 81.36%；圖 2、圖 3 略好于圖 1，說明粉磨 30min 和 40min 略好于粉磨 20min，但是也出現 2 個峰值。對比 T30 和 T40 可以發現，T30 玻璃粉顆粒中 10μm 以上的顆粒含量占 54.95%，T40 玻璃粉顆粒中 10μm 以上的顆粒含量占 50.28%，T40 的細顆粒含量高，說明粉磨時間越長，玻璃粉顆粒越細，但是超過 30min 后，細度變化不大。

圖1 廢舊玻璃粉磨 20min 粒徑分布圖

圖2 廢舊玻璃粉磨 30min 粒徑分布圖

圖3 廢舊玻璃粉磨 40min 粒徑分布圖

根據表 4 繪制廢舊玻璃粉細度隨粉磨時間變化圖，如圖 4 所示，與粉煤灰細度進行對比，如圖 5 所示。

圖4 廢舊玻璃粉細度折線圖

圖5 廢舊玻璃粉細度與粉煤灰對比圖

從圖 4 可以看出隨著粉磨時間的增加，廢舊玻璃粉的細度逐漸變小，T20 到 T30 變化速率較大，T30 到 T40 變化速率變緩；從圖 5 與粉煤灰細度對比圖可以看出粉磨 T20 細度較大，粉磨 T30 和粉磨 T40 與粉煤灰細度相近。

根據表 4 繪制廢舊玻璃粉比表面積隨粉磨時間變化圖，如圖 6 所示，與礦粉比表面積對比，如圖 7 所示。

圖6 廢舊玻璃粉比表面積折線圖

圖7 廢舊玻璃粉比表面積與礦粉對比圖

從圖 6 可以看出隨著粉磨時間的增加，廢舊玻璃粉的比表面積逐漸增大，同細度變化規律相似，T20 到 T30 變化速率較大，T30 到 T40 變化速率變緩；從圖 7 與礦粉比表面積對比圖可以看出，T30 和 T40 與礦粉比表面積接近，T20 與礦粉比表面積相差較大。

小結：廢舊玻璃粉的細度隨粉磨時間延長逐漸變小，粉磨時間超過 30min 后，細度減小速率變小；比表面積隨著粉磨時間的增加而增加，與細度變化規律相似，當粉磨時間超過 30min 后，比表面積增加的速率變化不大。可見，廢舊玻璃粉在機械磨細的過程中，物料發生脆性破壞，使廢舊玻璃粉的顆粒變細，比表面積增加。

3.2 玻璃粉對膠砂流動度試驗影響

通過對比細度和比表面積試驗，優選粉磨 30min 和 40min 廢舊玻璃粉進行膠砂試驗。本次試驗主要研究廢舊玻璃粉的粉磨時間對膠砂性能的影響。不同粉磨時間廢舊玻璃粉分別以 5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥進行水泥膠砂試驗，并分別與基準試件及相同取代率的粉煤灰和礦粉進行比較。

根據表 5 數據繪制玻璃粉不同摻量膠砂流動度折線圖及 30% 摻量時玻璃粉與礦粉、粉煤灰流動度對比折線圖，詳見圖 8 及圖 9。

由表 5 和圖 8 可以看出，隨著玻璃粉摻量的增加，膠砂流動度有高有低，沒有明顯規律。通過圖 8 可以看出，在相同摻量時，玻璃粉膠砂的流動度均大于粉煤灰膠砂的流動度。從圖 9 可以看出，在 30% 摻量時，水泥膠砂流動度具體排序為：T40＞T30＞礦粉＞基準＞粉煤灰。

圖8 膠砂流動度折線圖

圖9 30% 摻量膠砂流動度對比圖

表5 玻璃粉膠砂流動度

小結：優選粉磨 30min 和 40min 廢舊玻璃粉分別以 5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥進行水泥膠砂試驗，并分別與基準試件及相同取代率的粉煤灰和礦粉進行比較。隨著玻璃粉摻量的增加，膠砂流動度有高有低，沒有明顯規律。在各摻合料摻量為 30% 時，水泥膠砂流動度具體排序為：T40＞T30＞礦粉＞基準＞粉煤灰。

3.3 玻璃粉對膠砂強度影響

玻璃粉的膠砂強度決定著玻璃粉作摻合料混凝土的強度，是玻璃粉作混凝土摻合料最為重要的指標。本次試驗對比不同粉磨時間玻璃粉膠砂強度的影響進行研究，并與純水泥的膠砂強度和粉煤灰、礦粉的膠砂強度進行對比分析。

不同粉磨時間廢玻璃粉膠砂強度見表 6。

根據表 6 繪制不同粉磨時間玻璃粉不同摻量 28 天膠砂強度變化規律折線圖（圖 10），及 30% 摻量時與礦粉、粉煤灰對比折線圖（圖 11）。

表6 玻璃粉膠砂強度

從圖 10 可以看出，除礦粉外，T30、T40 以及粉煤灰水泥膠砂強度均隨著摻量的增加，強度呈下降趨勢，且 T30、T40 膠砂強度略高于粉煤灰膠砂強度。從圖 11 可以看出，30% 摻量時膠砂強度排序為：礦粉＞基準＞T40＞粉煤灰＞T30。

圖10 膠砂強度折線圖

圖11 30% 摻量膠砂強度對比圖

小結：通過膠砂強度試驗可以得出結論：T30、T40 以及粉煤灰水泥膠砂強度均隨著摻量的增加，強度呈下降趨勢，且 T30、T40 膠砂強度略高于粉煤灰膠砂強度；30% 摻量時膠砂強度排序為：礦粉＞基準＞T40＞粉煤灰＞T30。當玻璃粉粉磨時間低于 40min 時，玻璃粉活性較低，低于粉煤灰，所以當玻璃粉作為摻合料應用于混凝土時，粉磨時間不宜低于 40min。

4 結論

首先對廢舊玻璃粉進行了粉磨，然后通過對玻璃粉細度及表面積對比優選玻璃粉摻量，進行膠砂流動度及膠砂強度試驗，并與礦粉及粉煤灰流動度、活性對比。

（1）廢舊玻璃粉的細度隨粉磨時間延長逐漸變小，粉磨時間超過 30min 后，細度減小速率變小；比表面積隨著粉磨時間的增加而增加，與細度變化規律相似，當粉磨時間超過 30min 后，比表面積增加的速率變化不大。

（2）優選粉磨 30min 和 40min 廢舊玻璃粉分別以不同比例替代水泥進行水泥膠砂試驗，并分別與基準試件及相同取代率的粉煤灰和礦粉進行比較。隨著玻璃粉摻量的增加，膠砂流動度有高有低，沒有明顯規律。在 30% 摻量時，水泥膠砂流動度具體排序為：T40＞T30＞礦粉＞基準＞粉煤灰。

（3）通過膠砂強度試驗可以得出結論：T30、T40 以及粉煤灰水泥膠砂強度均隨著摻量的增加，強度呈下降趨勢，且 T30、T40 膠砂強度略高于粉煤灰膠砂強度；30% 摻量時膠砂強度排序為：礦粉＞基準＞T40＞粉煤灰＞T30。當玻璃粉粉磨時間低于 40min 時，玻璃粉活性較低，低于粉煤灰，所以當玻璃粉作為摻合料應用于混凝土時，粉磨時間不宜低于 40min。

5 結束語

隨著 21 世紀全球化工業化發展，由水泥生產及天然砂大量開采帶來的生態環境破壞成為建筑行業所面臨的巨大壓力，因此，亟需尋找水泥和天然砂的替代產品，以改善生態環境；與此同時，由于玻璃的大量使用，必然會產生許多玻璃廢棄物。目前，大部分廢舊玻璃都以填埋等方式處理，污染環境的同時也占用大量土地。廢舊玻璃是一種可回收利用資源，其來源廣泛，且相較于水泥和天然砂石，其采購成本低，可以縮減混凝土生產成本，符合當下綠色環保的生產模式，因此，將玻璃應用于建筑業中，是一條一舉兩得的有效途徑。