CN103570302A

CN103570302A - 一种掺废旧玻璃的混凝土

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Publication number: CN103570302A
Application number: CN201310575016.0A
Authority: CN
Inventors: 谢小元; 李建勇; 尚百雨; 马雪英; 程东惠
Original assignee: BEIJING XINAO CONCRETE GROUP CO LTD
Current assignee: BEIJING XINAO CONCRETE GROUP CO LTD
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: CN103570302B

Abstract

本发明涉及一种掺废玻璃的抗氯离子渗透的混凝土，其原料组成为:胶凝材（水泥+玻璃微粉+硅灰）、玻璃细骨料、天然砂、石子、水以及外加剂总质量以100%计，胶凝材10～30wt%，玻璃细骨料3～8wt%，天然砂25～40wt%，石子35～50wt%，水5～15wt%。总胶材（水泥+玻璃微粉+硅灰）总质量以100%计，水泥70～85wt%，玻璃微粉10～20wt%，硅灰5～10wt%；制备步骤为：将制备好的玻璃微粉与玻璃细骨料、石子、水泥、硅灰按所述比例配料后加入搅拌机中预搅拌20s以上；将称量好的总胶材质量的0.5～1.5wt%的外加剂与水加入到预搅拌好的物料中搅拌120s以上，水胶比0.38～0.55。其中玻璃细骨料以及玻璃微粉都由废玻璃制备。

Description

一种掺废旧玻璃的混凝土

【技术领域】

本发明涉及建筑工程材料制品，特别涉及一种掺废玻璃的抗氯离子渗透的混凝土。

【背景技术】

混凝土是现代土木建筑工程中不可缺少的重要工程材料。随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的日益提高,玻璃不但广泛应用于房屋建筑和人民的日常生活之中,而且已逐渐发展成为科研生产以及尖端技术所不可缺少的新材料。与此同时不可避免地要产生许多玻璃废弃物、形成大量的废玻璃。我国每年产生的废玻璃约320万吨，占城市生活垃圾总量的2%，给人类生存环境带来沉重的负担，将大量的废玻璃弃之不用，既占空间，又污染环境，还造成大量的资源和能源的浪费。

钢筋混凝土与普通混凝土相比有着较高的强度和耐久性，钢筋混凝土结构的整体性较强，目前在我们国家，钢筋混凝土也是应用最多的一种结构形式，占整体的绝大多数，同时我国也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。然而钢筋在混凝土中的氯离子侵蚀作用下发生体积膨胀造成混凝土的开裂，破坏了混凝土结构，影响了混凝土的耐久性。

我们研究废旧玻璃的化学组成，玻璃是一种无定型的高二氧化硅（SiO₂）材料，因此，将废旧玻璃用作混凝土的矿物掺合料是可行的。我们比较了玻璃与混凝土中天然砂的化学组成，考虑到可以尝试用磨细后的玻璃砂替代天然砂制备混凝土。近年来国内外已对废旧玻璃渣取代骨料对混凝土性能的影响开展了大量研究，发现将废玻璃作为掺合料加入混凝土中可以降低氯离子的扩散性能，从而提高钢筋混凝土的耐久性。

【发明内容】

本发明的目的在于提供了一种抗氯离子渗透的环保型混凝土，将废旧玻璃用于建筑材料中变废为宝，不仅减少了固体垃圾的排放，同时还为可持续发展起了重要作用。

本发明的掺废玻璃的抗氯离子渗透的混凝土的原料组成为:胶凝材（水泥+玻璃微粉+硅灰）、玻璃细骨料、天然砂、石子、水以及外加剂总质量以100%计，胶凝材10～30wt%，玻璃细骨料3～8wt%，天然砂25～40wt%，石子35～50wt%，水5～15wt%。胶凝材（水泥+玻璃微粉+硅灰）总质量以100%计，水泥70～85wt%，玻璃微粉10～20wt%，硅灰5～10wt%；通过试验证明其玻璃细骨料在细骨料中即总砂量的最佳掺量为20%。所述的混凝土的原料组成可以进一步为胶凝材10～30wt%，玻璃细骨料6～8wt%，天然砂30～40wt%，石子40～50wt%，水5～15wt%。

本发明通过正交试验得出C30水泥混凝土相对最优配合比，得出最佳水灰比、胶砂比、砂率分别为0.45、0.62、40%，设计容重2350kg/m³。

根据本发明所述的水泥为焦作“坚固”牌袋装优选P.O42.5水泥。

根据本发明所述的天然砂为沁阳河沙，细度模数2.9，含泥3.0%，泥块含量0%。

根据本发明所述的石子为碎石（连续粒径5-20mm）

根据本发明所述的玻璃粉为从玻璃厂得到的的边角碎玻璃，通过球磨机粉磨，筛分配制出的玻璃砂,细度模数2.9。

根据本发明所述的外加剂为萘系高效减水剂,掺量按胶凝材料的1%掺入。

废玻璃细骨料和微粉制备工艺包括如下步骤：

A、给料：将废旧玻璃输送到布料器料斗中；

B、一级除铁、筛分、布料：将料斗中废旧玻璃加入到布料器中，用布料器中的除铁装置将废旧玻璃中的金属杂质剔除，用布料器中的筛分装置将废旧玻璃筛分，然后将筛分好的废旧玻璃布料在各自的输送装置上；筛分出来的细粉、中等玻璃直接进入破碎工序，粗大玻璃进入人工分拣除杂工序；

C、人工分拣除杂：将布料器中筛分出来的粗大玻璃在输送过程中用人工方式剔除大体积类的杂质；

D、破碎：用破碎装置将布料器中筛分出来的细粉、中等玻璃与人工分拣除杂后的粗大玻璃破碎；

E、二级除铁、陶杂分选：用废玻璃杂质分拣装置剔除玻璃料中的金属杂质与陶瓷类不透明杂质；

F、颜色分选：用废玻璃杂色分选装置将玻璃料按颜色进行分离；

G、粉磨：用粉磨装置将颜色分选出来的棕色、白色等玻璃料分开粉磨成玻璃微粉；

H、细破、分级、级配：用破碎装置将颜色分选出来的绿色玻璃料细破，然后用筛分装置筛分分级，最后将各级玻璃料级配成玻璃细骨料。

将磨细后与天然砂有相同细度模数的玻璃粉作为细骨料按占总砂量的0%，10%，20%，30%，40%，50%，70%，100%八种不同掺量替代天然砂来制备混凝土，按GB/T50080制备试样，试模尺寸为100mm×100mm×100mm，24小时后脱模，放入标准养护室养护。

根据本发明所述的玻璃混凝土待养护7d、28d按GB/T50081测试其抗压强度。

根据本发明所述的玻璃混凝土，我们利用SEM电镜对其做进一步的微观分析。由于玻璃混凝土是由水泥﹑水﹑细骨料﹑粗骨料等组成，而骨料几乎不参加水泥水化硬化，同时为了排除石子对观察取样带来的干扰，所以采用同标号水泥砂浆代替混凝土作微观分析。我们分别对掺量为0、10%、20%、30%、40%、50%、70%、100%的玻璃混凝土做了SEM电镜扫描，最后挑选出掺量为0%、20%、50%、100%的几组加以分析。

本发明具有以下有益效果：

节约天然砂资源：建筑行业的发展致使用砂量急剧上涨，不少地区出现天然砂资源逐步减少、砂质量下降、限采或禁采天然砂的现象，同时砂的价格越来越高，用砂高峰时甚至无砂可用，不仅造成资源环境循环链的不完整，而且影响了工程建设的进展。使用玻璃砂可以大大缓解天然砂匮乏的压力，不仅将建筑垃圾资源化再利用，也是贯彻执行国家有关节约资源、保护环境的技术经济政策，并且低碳环保，具有重大意义和发展前景。

降低成本：降低了单方混凝土的成本，给企业带来了巨大的经济效益。

高强度和耐久性：通过不同玻璃的掺量对混凝土力学性能、抗氯离子渗透性和扫描电镜的检测，我们得知掺量在20%时试件强度最高是普通混凝土的1.13倍。抗氯离子扩散性也有所增强，大大提高了混凝土的耐久性。

【附图说明】

图1为不同玻璃砂掺量混凝土抗压强度对比图。

从图1中可以看出玻璃掺量20%时，混凝土强度最高。

图2为不同玻璃掺量混凝土的氯离子扩散系数

由图2可以看出随着玻璃掺量的增加，氯离子扩散系数逐渐减小，抗氯离子渗透性增强

图3-1至3-4为不同玻璃掺量水泥砂浆在SEM扫描电镜下的微观图像及分析。

图3-1为掺量为0的玻璃混凝土的SEM扫描电镜下的微观图像，可以看出28d龄期后水泥几乎完全水化，产生大量的C-S-H凝胶和钙矾石，同时有少许的氢氧化钙产生，但对混凝土的强度无较大不利影响。并且钙矾石呈结构致密的珊瑚状，C-S-H凝胶也呈团状紧簇结合在一起。

图3-2为掺量为20%的玻璃混凝土的SEM扫描电镜下的微观图像，我们可以清晰的看到大量的C-S-H凝胶与玻璃较好的粘结在一起，并无脱离现象，且结构较为致密，同时无大量的CH晶体，大量的钙矾石呈珊瑚状被C-S-H凝胶所包裹，结构致密。

图3-3为掺量为50%的玻璃混凝土的SEM扫描电镜下的微观图像，我们能清晰地看到六角形CH晶体，同时也有裂纹和空洞存在。

图3-4为掺量为100%的玻璃混凝土的SEM扫描电镜下的微观图像，我们不难看出虽然胶凝材料很好的依附在玻璃接触面，但大量的裂纹和氢氧化钙的富集使得其强度得不到提高。

附图4为废旧玻璃混凝土制备工艺流程图。

【具体实施方式】

1、获取最优配比

本实验欲配制强度等级C30的混凝土。把水胶比（A）、胶砂比（B）、砂率（C）作为三个实验因素，每个因素做三个水平比较，试验指标为混凝土7d抗压强度，取强度最高的的结果为最优水平。挑选的因素与水平见下表1。

表1混凝土配合比试验因素水平表

水平	水胶比	胶砂比	砂率
				1	0.42	0.62	30%
2	0.45	0.66	35%
				3	0.50	0.70	40%

选用L9（34）正交表。共配制九组试样，按国标成型制样，24小时脱模后，在标准养护室养护7天后，进行常温力学检测，正交试验结果如下表2所示。

表2正交试验数据表

经过力学性能检测，由综合平衡法可得，水灰比对强度的影响最为显著，其次是胶砂比，而砂率影响最小。水灰比取0.42时，配制混凝土流动性很差，不易搅拌，故综合评定，水灰比取0.45。胶砂比的大小对需水量的影响很大，胶砂比越小需水量越大，而水灰比的增加将导致强度的降低，所以胶砂比取0.62。砂率对混凝土强度的影响程度较弱，综合分析砂率取40%。所以平衡各种因素，水胶比取A2-0.45，胶砂比取B1-0.62，砂率取C3-40%。

2、制备试样

将玻璃砂作为细骨料按占总砂量0，10%，20%，30%，40%，50%，70%，100%等不同掺量替代天然砂做八组对比试验，将成型硬化的试块放入标养室进行养护将玻璃砂作为细骨料按占总砂量的0，10%，20%，30%，40%，50%，70%，100%等不同掺量替代天然砂做八组对比试验，将成型硬化的试块放入标养室进行养护。

3、抗压强度测试

将标养7d、28d的试件从标养室拿出按照GB/T50080进行抗压试验，结果如图1所示

4、抗氯离子渗透性

利用NEL氯离子扩散系数法测定试件抗氯离子渗透性，步骤如下：

（1）溶液制备：将工业氯化钠在室温下加入自来水中并不停搅拌，制得4mol/L的NaCl溶液，静置24h备用；

（2）混凝土试样制备：将标养28d的混凝土试件切割成100mm×100mm×50mm的试样，每组试验三个试件（试件厚度可自定，但至少要大于一倍最大骨料粒径），上下表面应平整且表面不得有浮浆层；

（3）自然饱和盐：将切割好的试件按顺序放入上述饱和盐水中浸泡48h；

（4）扩散系数测定：将饱和盐浸泡后的混凝土试样放入夹具的两紫铜电极间，用APT测试软件检测混凝土中的氯离子扩散系数；

（5）数据处理：将每一试验中相差在5%以内的数据进行平均，作为该组试件的平均值；将三块平行试件的测定值中与平均值相差在15%以内的数据进行平均，作为测试混凝土中的氯离子扩散系数值；如果三块平行试样的测定值与平均值相比均超过15%，则需要重新进行检测。

（6）渗透性评价：图2为所测各掺量玻璃混凝土中的氯离子扩散系数值，按表4进行混凝土渗透性评价，表4为氯离子扩散系数所对应的渗透等级。从图2中可看出各掺量下的混凝土中氯离子扩散系数均小于5，根据表4中的渗透等级对照，均属可忽略等级，且可看出随掺量的增大，其渗透系数有下降的趋势。

表4混凝土渗透性对比表

Claims

1.一种掺废玻璃的抗氯离子渗透的混凝土，其特征在于：混凝土组成为：胶凝材、玻璃细骨料、天然砂、石子、水以及外加剂；总质量以100%计包括：胶凝材10～30wt%，玻璃细骨料3～8wt%，天然砂25～40wt%，石子35～50wt%，水5～15wt%。总胶材质量的0.5～1.5wt%的外加剂；胶凝材总质量以100%计，包括：水泥70～85wt%，玻璃微粉10～20wt%，硅灰5～10wt%；该混凝土制备步骤为：将制备好的玻璃微粉与玻璃细骨料、天然砂、石子、水泥、硅灰按所述比例配料后加入搅拌机中预搅拌20s以上；将称量好的总胶材质量的0.5～1.5wt%的外加剂与水加入到预搅拌好的物料中搅拌120s以上，水胶比0.38～0.55；其中玻璃细骨料以及玻璃微粉都由废玻璃制备。

2.如权利要求1所述的一种掺废玻璃的抗氯离子渗透的混凝土，其特征在于：胶凝材10～30wt%，玻璃细骨料6～8wt%，天然砂30～40wt%，,石子40～50wt%，水5～15wt%，

3.权利要求1所述的混凝土，其特征在于：废玻璃细骨料和微粉制备工艺包括如下步骤：

A、给料：将废旧玻璃输送到布料器料斗中；

G、粉磨：用粉磨装置将颜色分选出来的棕色、白色玻璃料分开粉磨成玻璃微粉；

4.权利要求1所述的混凝土，其特征在于：由其制备的C30水泥混凝土的水灰比、胶砂比、砂率分别为0.45、0.62、40%，设计容重2350kg/m³。

5.权利要求1所述的混凝土，其特征在于：所述的水泥为焦作“坚固”牌袋装优选P.O42.5水泥；所述的天然砂为沁阳河沙，细度模数2.9，含泥3.0%，泥块含量0%；所述的石子为连续粒径5-20mm的碎石；玻璃砂的细度模数2.9；所述的外加剂为萘系高效减水剂,掺量按胶凝材料的1%掺入。