玻璃骨料混凝土水泥砂漿的試驗研究

王少鵬，畢 偉，劉品龍

（1.河北科技工程職業技術大學，河北邢臺 054305；2.冀中能源邢臺礦業集團有限責任公司，河北邢臺 054000）

一、玻璃骨料水泥砂漿的特點

隨著我國經濟的發展，大規模基礎建設工程的進行，混凝土、砂漿及其骨料的需求也正在變大，因此天然骨料開始出現短缺。天然砂石資源已經無法無節制地開采，而改變這一現狀的有效辦法就是尋找合適的替代品[1]；同時，城市中的廢棄玻璃也隨著城市面積和人口的增加而顯著增加，因此在廢舊玻璃排放量也在增加的背景下，設法將廢棄玻璃替代天然砂石骨料來制作玻璃骨料混凝土，符合現有的綠色經濟戰略和可持續發展戰略[2]。

本文主要研究不同的玻璃骨料替代天然細骨料做成的水泥砂漿基本性能的變化，以保證灌漿具有合適的流動度，可以灌進實際搭配出來的玻璃骨料模型中，也需要保證構建出來的玻璃混凝土具有一定強度。

二、原材料和試驗方法

（一）試驗原材料

（1）白水泥：（2）普通硅酸鹽水泥：（3）碎玻璃：試驗前期收集了鋼化碎玻璃，通過破碎機，粉碎成粒徑10 mm 以下，并通過篩分出粗骨料（5～10 mm）（如圖1），和細骨料（0.15～5 mm)（如圖2）。粗骨料用于構建透光混凝土模型，細骨料用來替代天然細骨料，試驗玻璃骨料混凝土的機械性能。（4）減水劑：本實驗中均采用聚羧酸減水劑。（5）二氧化鋯：本試驗中，加入二氧化鋯使混凝土增加黏性和強度。（6）砂：試驗均采用標準砂。（7）超細二氧化硅：本試驗中，超細二氧化硅可作為透光玻璃骨料的一種，填充大粒徑玻璃之間的空隙并可代替部分白水泥，以此盡可能增加透光幾率。

圖1 玻璃細骨料

圖2 玻璃細骨料

（二）細骨料試驗設計

1.設計原則

（1）采用白水泥，用碎玻璃替代部分天然細骨料。（2）采用普通硅酸鹽水泥，用碎玻璃替代部分天然細骨料。（3）對比兩種水泥在加入碎玻璃后，產生的工作性能變化。本試驗所進行的碎玻璃混凝土配合比設計.是以空白對照組，本著等強度等級的原則，探究玻璃骨料混凝土是否可行以及與天然骨料的差別。由于玻璃和砂是兩種不同的物質，它們之間的性質存在差異，所以當把破碎的廢玻璃作為細骨料添加到混凝土中，會使混凝土的性能發生變化。本次試驗采用等質量方法對細骨料進行取代，并且試驗時所用的玻璃粒徑大小與砂粒徑大小相似[3]。本次試驗的目的是為了測定玻璃混凝土的性質及其工作性能，為了便于與普通混凝土性能對比，本次試驗共設計了多種取代率。

2.設計步驟

（1）基準混凝土配合比。根據試驗需要的強度要求，先計算出理論所需配合比，然后根據理論的試驗配合比進行試配，經過使用調整后，得出基準混凝土配合比。

（2）以得出的基準混凝土配合比為根據，得出碎玻璃骨料混凝土的配合比.按此配合比以及玻璃骨料的取代率，得出試驗時天然骨料和碎玻璃骨料的試驗使用數量。

（3）采用合適的玻璃細骨料級配，本試驗采用連續級配。

（4）得出玻璃骨料混凝土配合比。根據計算的碎玻璃骨料混凝土配合比，按普通硅酸鹽混凝土的調整的方式方法.來計算出用碎玻璃骨料混凝土配合比。同時根據制作透光混凝土的要求，將配合比應用于白水泥，經和易性調整后，得出白水泥的配合比。

為驗證破碎后玻璃取代混凝土中細骨料的可行性及其工作性能，本次試驗共考慮了5 種廢棄玻璃骨料取代率，即0、5%、15%、25%、50%。分別用于研究碎玻璃骨料混凝土的性能。普通混凝土和碎玻璃骨料混凝土的配合比見表1。

表1 碎玻璃代替天然細骨料的碎玻璃混凝土配合比

（三）透光混凝土試驗方法

（1）試驗原則

①研究玻璃混凝土的透光特性。

②研究利用碎玻璃改善混凝土在光傳輸中的性能，提高結構性能，得到自然光。

③通過在其中使用玻璃骨料使混凝土部分透明以賦予結構良好的外觀。

④找到水泥凈漿在流動度、強度和透光度之間的平衡[4]。

⑤在添加大量脆性較大的碎玻璃的情況下保證透光混凝土的各種強度達標。

（2）試驗方案

采用合適的級配，找出玻璃最大的堆積密度，在緊密堆積后，進行灌漿，使其達到透光的目的。具體實驗步驟：

①找出最合適砂漿配比。

②制作不同直徑碎玻璃為骨料的混凝土。

③找出合適的玻璃級配和最大堆積密度。

④找出強度與透光率最有實用價值的混凝土配合比。

（四）水泥凈漿的配比及其各項性能

從制品強度的角度來看，應優先選擇具有優良機械性能的混凝土基體，但作為節能建筑產品，應將透光性作為首要研究因素。為了追求高透光率，導光體分支更多，分支之間的間隙窄，混凝土中的粗骨料不能充分填充到導光分支之間的間隙，因此本文選用流動性較好的自密實砂漿作為基體[5]。如圖3 所示。

圖3 制備砂漿

表2 自密實砂漿配比及強度表

自密實砂漿的概念與自密實混凝土的概念非常相似。這種類型的砂漿可以填充到模板的每個角落而不借助振搗或震動，并且具有良好的均勻性。自密實砂漿的混合比對其流動性、抗偏析性、自填充性、漿料用量和體積穩定性有不同的影響。因此，在設計混合比時，需要綜合考慮和選擇上述各種特性[6]。

作為透光混凝土的主要強度來源，水泥凈漿需要兼顧凝結后的抗折抗壓強度、透光率以及流動度等問題。為增加其強度和凈漿的粘稠度，使凈漿與光滑的玻璃充分粘結，向其中添加二氧化鋯[7]；為減少光在透光混凝土中的消耗，使用白水泥來做水泥凈漿。其中每組試塊皆使用1.2 粉體聚羧酸減水劑。

由上表可知，二氧化鋯對水泥砂漿的抗折、抗壓及流動度都有很大影響，其能顯著增加試樣的抗折強度、抗壓強度，以及降低流動度。為了以后的實驗，需要砂漿兼顧流動度與抗折抗壓強度，故最終選出A-2、C-2 兩種配比以后將進行實驗。