廢玻璃替代骨料在混凝土中的抗凍性能研究

赫文秀

(遼寧生態工程職業學院,沈陽 110122)

0 引言

玻璃是現代生活中不可或缺的一種物質,但廢棄玻璃產生的生活垃圾降解處理難度較大,給生態環境造成極大的負擔。在雙碳背景下,綠色制造是我國實現碳中和目標的關鍵一步。廢玻璃經回收處理后可替代混凝土中的骨料,實現資源和環境的可持續發展。國內外針對廢玻璃混凝土展開了大量研究[1-2]。張楚等[3]通過凍融和干濕循環試驗發現,凍融循環作用會降低廢玻璃混凝土的抗壓強度,但強度降低不明顯。羅輝等[4]通過凍融循環試驗發現,經過凍融作用后,廢玻璃混凝土的抗凍性優于普通混凝土,且隨著凍融循環次數的增加廢玻璃混凝土的抗凍性能越好。孟春陽等[5]通過凍融循環試驗發現,在混凝土中摻入粉煤灰可顯著提高其抗凍性能。本研究將廢玻璃作為混凝土的粗骨料和細骨料,研究廢玻璃混凝土抗凍性能的變化規律,為其在水利工程中的應用提供技術支撐。

1 試驗

1.1 原材料

水泥:沈陽冀東水泥有限公司生產的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。粗骨料:遼寧省營口市大石橋市生產的碎石,粒徑5～20 mm,連續級配。細骨料:遼寧省錦州市黑山縣友鄰水庫的河沙,經篩洗后備用,其最大粒徑5 mm,連續級配,細度模數2.9,Ⅱ區中砂。廢玻璃:回收廢棄玻璃,經洗凈碎后用方孔篩篩取試樣。外加劑:盤錦旭瑞建材有限公司生產的引氣減水劑,減水率19%,摻量2%。

1.2 試驗制作

以C30F100混凝土為基礎,按照0%、10%、20%、30%、40%的取代率分別取代碎石和天然砂,并按照《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011的規范要求進行配比設計,制作成100 mm×100 mm×400 mm棱柱體,經養護24 d后取出。

1.3 凍融循環試驗

試驗遵循《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T 50082-2009中快凍法。將養護24 d的試件取出后,置于(20±2) ℃水中浸泡4 d,然后將其放置在凍融循環試驗箱中進行試驗,凍融循環溫度為-20 ℃～20 ℃。

2 結果與討論

2.1 廢玻璃混凝土損傷后的外觀形貌

經凍融循環作用后,廢玻璃取代細骨料混凝土外觀形貌變化如圖1所示。

圖1 廢玻璃取代細骨料混凝土凍融后的形貌特征Fig.1 Morphology of fine aggregate concrete after freezing and thawing replaced by waste glass

圖1(a)為未凍融作用混凝土的形貌特征,其表面平整,結構完整,骨料未裸露。圖1(b)為廢玻璃取代10%細骨料混凝土凍融后的形貌特征,其表面平整,表面混凝土沒有剝落,凍融后質量較好。圖1(c)為廢玻璃取代40%細骨料混凝土凍融后的形貌特征,表面混凝土剝落,質量損失明顯。由圖可知,隨廢玻璃取代砂子的增加,混凝土抗凍性逐漸下降。

經凍融循環作用后,廢玻璃取代粗骨料混凝土外觀形貌變化如圖2所示。圖2(a)為未凍融作用混凝土形貌特征,其表面平整,結構完整,骨料未裸露。圖2(b)為廢玻璃取代10%粗骨料混凝土凍融后的形貌特征,其局部混凝土表面剝落,石子裸露不明顯。圖2(c)為廢玻璃取代40%粗骨料混凝土凍融后的形貌特征,混凝土表面出現明顯的凍脹裂紋,破壞現象明顯,混凝土失去強度。

圖2 廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后的形貌特征Fig.2 Morphology of coarse aggregate concrete after freezing and thawing replated by waste glass

由圖1、圖2比較可知,廢玻璃作為細骨料對混凝土抗凍性的影響較小,而作為粗骨料對混凝土抗凍性的影響明顯,取代率大于10%時,混凝土出現明顯的凍脹裂紋,破壞現象明顯。

2.2 凍融循環作用對廢玻璃混凝土性能的影響

2.2.1 質量損失率變化規律

圖3為廢玻璃取代細骨料混凝土凍融后質量損失變化規律。由圖可知,隨廢玻璃作為細骨料的取代率和混凝土凍融次數的增加,混凝土質量損失率明顯上升。當取代率不超過20%時,混凝土經凍融后質量損失率為3.93%,未超過5%,質量損失滿足要求。由此可見,最優取代率為20%。

圖3 廢玻璃取代細骨料混凝土凍融后質量損失變化規律Fig.3 Variation of quality loss after freezing and thawing of fine aggregate concrete replaced by waste glass

圖4為廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后的質量損失變化規律。由圖可知,隨廢玻璃作為粗骨料的取代率和混凝土凍融次數的增加,混凝土質量損失率增加明顯。當取代率未超過10%時,混凝土經凍融后質量損失率為4.36%,未超過5%,質量損失滿足要求。由此可見,最優取代率為10%。

圖4 廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后質量損失變化規律Fig.4 Variation of quality loss after freezing and thawing of coarse aggregate concrete replaced by waste glass

2.2.2 相對動彈性模量變化規律

由圖5可知,隨廢玻璃取代率和混凝土凍融次數的增加,混凝土的相對動彈性模量會逐漸下降。當廢玻璃摻量20%時,經過凍融后的相對動彈性模量為63.5%,滿足抗凍性的要求。當摻量超過20%時,廢玻璃混凝土的抗凍性不滿足要求。由圖6可知,隨著廢玻璃取代粗骨料數量的逐漸增加,混凝土相對動彈性模量逐漸下降。當廢玻璃摻量為10%時,經過凍融后相對動彈性模量為68.3%,滿足抗凍性要求。

圖5 廢玻璃取代細骨料混凝土凍融后相對動彈性模量變化規律Fig.5 Change of relative dynamic elastic modulus after freezing and thawing of fine aggregate concrete replaced by waste glass

圖6 廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后相對動彈性模量變化規律Fig.6 Change of relative dynamic elastic modulus after freezingand thawing of coarse aggregate concrete replaced by waste glass

3 結論

以廢玻璃為研究對象,通過試驗可知,隨凍融次數的增加,其抗凍性逐漸下降。廢玻璃作為細骨料,當取代率為20%時,廢玻璃混凝土的抗凍性能滿足要求。廢玻璃作為粗骨料,當取代率為10%時,廢玻璃混凝土的抗凍性能滿足要求。