廢棄玻璃在再生混凝土中的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景

1、研究背景及意義當前，在國家新戰(zhàn)略的指導下，城市化進程迅速加快，人民生活水平日益提高，伴隨著玻璃制造業(yè)的快速發(fā)展，玻璃的需求量越來越大。玻璃在實際中的用途廣泛，消耗量巨大，在日常生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生大量的廢棄玻璃垃圾。聯(lián)合國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)則表明，全球固體廢渣中有7％為廢棄玻璃[1]。這些廢棄玻璃垃圾由于品種各異、顏色多樣且大多數(shù)難于降解，造成分類困難。目前對廢棄玻璃處置的常見做法是一部分用來填埋，還有一部分專門定點堆放再加工制造，這樣既占用土地資源又會污染環(huán)境，因此如何對這些廢棄玻璃進行合理有效的回收利用，成為全世界共同的一大難題，也是國內(nèi)外眾多學者研究的熱點。相比國內(nèi)，國外很早就開展了廢棄玻璃在混凝土中的研究，取得了一些有參考價值的研究成果。自我國擴大改革開放以來，全國各地大力進行工程建設，在對資源的可持續(xù)利用和生態(tài)壞境的重視下，國內(nèi)學者相繼興起了對廢棄玻璃在混凝土中的研究熱潮，也取得了一定的研究成果并在實際工程中得到了應用，研究技術也比較成熟。為了更加深入的研究，近年來，有一些學者嘗試對廢棄玻璃在再生混凝土中的應用研究，以達到多種固體廢棄物綜合有效利用的目的。這項研究目前還處在初步階段，是未來廢棄玻璃應用研究的一個新趨勢，具有重要的現(xiàn)實意義。2、國內(nèi)外對廢棄玻璃混凝土的研究廢棄玻璃混凝土是將廢棄玻璃加入到混凝土中所形成的。國內(nèi)外學者對這方面做了大量研究，研究主要集中在將廢棄玻璃作為粗骨料、細骨料和摻合料加入到混凝土中，取得了一些有價值的研究成果。（1）廢棄玻璃作為粗骨料、細骨料在混凝土中的研究方面。Limbachiya[2]研究發(fā)現(xiàn)，采用廢棄玻璃作為混凝土粗細骨料具有明顯的堿骨料反應。趙祖芳等[3]的試驗結(jié)果表明將廢棄玻璃再生粗骨料、細骨料按一定比例替代混凝土的天然骨料是可行的，廢棄玻璃粗骨料和細骨料的最優(yōu)替代量為25%左右，最優(yōu)取代率摻量下廢棄玻璃混凝土工作性能優(yōu)于基準配比混凝土。王鳳池等[4]利用廢棄玻璃等質(zhì)量取代混凝土粗、細集料。通過坍落度、抗壓強度等試驗，研究取代率及取代形式對混凝土性能的影響。研究表明：廢棄玻璃集料的抗壓強度隨齡期增長幅度高于普通混凝土；廢棄玻璃集料混凝土的抗壓強度隨粗骨料壓碎指標增大而提高。劉光焰等[5]對比分析廢棄玻璃粗細骨料混凝土的施工性能和強度，試驗表明：廢棄玻璃作為骨料替代混凝土天然骨料使用時，細骨料要好于粗骨料，且取代率在15%之內(nèi)與天然骨料相差不多。王鳳池等[6]研究了廢棄玻璃細骨料對混凝土柱受力性能的影響，研究表明：廢棄玻璃細骨料可以100%替代混凝土柱中普通砂，且抗壓性能可以滿足使用要求。劉光焰等[7]將廢棄玻璃作為混凝土粗骨料和細骨料，進行了混凝土的力學性能試驗。試驗研究表明，用廢棄玻璃粗骨料和細骨料代替天然骨料配制的混凝土的強度數(shù)值要比天然骨料混凝土強度值小，而且隨著廢棄玻璃骨料取代率的提高，廢棄玻璃混凝土的軸心抗壓強度和劈裂抗拉強度均下降，而且粗骨料下降的更快；廢棄玻璃粗骨料的彈性模量均隨著廢棄玻璃骨料的增加而減少，相反，廢棄玻璃細骨料在取代率為15%以內(nèi)時，其彈性模量有所增加，超過15%后，彈性模量隨著廢棄玻璃細骨料的增加而減少。（2）廢棄玻璃作為摻合料在混凝土中的研究方面。AhmadShayan[8]等進行了廢棄玻璃礦物摻合料的混凝土現(xiàn)場實驗，試驗結(jié)果表明摻入廢棄玻璃摻合料的混凝土具有良好的力學性能、干縮和抗堿硅鹽反應性能，廢棄玻璃摻合料能有效提高混凝土抗氯離子滲透能力。劉光焰等[9]把玻璃粉作為膠凝材料摻入混凝土中，研究不同粉磨時間的玻璃粉以不同質(zhì)量分數(shù)、不同水灰比摻入混凝土中對混凝土力學性能的影響。研究結(jié)果表明：摻玻璃粉混凝土的強度隨著玻璃粉質(zhì)量分數(shù)的增加而降低，玻璃粉的后期火山灰活性會抵消部分下降趨勢。隨著粉磨時間的增加，玻璃粉顆粒粒度減小，火山灰性增強，且分散性更好，能有效改善漿體結(jié)構，提高致密性，使混凝土強度增加。趙祖芳等的試驗結(jié)果表明用廢棄玻璃粉替代混凝土中的部分原料是可行的，當用75μm的玻璃粉替代混凝土的水泥會降低玻璃混凝土強度，但當替代量小于10%的時候，對試件的強度影響不大。黃昌石等[10]研究了廢棄玻璃對混凝土ASR膨脹的影響，研究結(jié)果表明：各砂漿棒試件的膨脹率基本隨著齡期的增長而增大；在單一摻料下，與對照組相比，玻璃砂會增大ASR膨脹，而玻璃粉能較好地抑制ASR膨脹；當同時摻入玻璃砂和玻璃粉時，適當摻量的玻璃砂和玻璃粉能較好地抑制ASR膨脹，當玻璃粉摻量少或者玻璃砂摻量較大時，對ASR膨脹的抑制效果會減弱；玻璃粉粒徑為0～13μm、13～38μm、38～75μm的砂漿膨脹率隨齡期的增長趨勢相當，但膨脹率基本隨著玻璃粉粒徑的減小而減小，可以較好地抑制ASR膨脹。李麗華等[11]認為將廢棄玻璃磨細成粉料用作混凝土輔助膠凝材料，既可以解決玻璃骨料的堿一骨料反應問題，還能發(fā)揮其火山灰作用，改善混凝土的性能。陳金平等[12]總結(jié)了國內(nèi)外關于廢棄玻璃作為部分或全部集料的廢棄玻璃混凝土的堿集料反應研究，得出結(jié)論：一定細度的玻璃粉不會產(chǎn)生堿集料反應。此外，對于廢棄玻璃在活性粉末混凝土的應用方面，有學者也進行了研究。劉數(shù)華等[13]采用廢棄玻璃粉部分取代水泥制備活性粉末混凝土（RPC），研究玻璃粉摻量和水膠比對活性粉末混凝土（RPC）抗壓強度和微結(jié)構的影響。研究結(jié)果表明：采用具有一定細度的廢棄玻璃粉作為礦物摻合料替代部分水泥配制RPC，可提高RPC的強度；隨著玻璃粉摻量的增加，RPC抗壓強度提高，特別是玻璃粉摻量不超過20%時。彭博等[14]采用球磨技術得到不同研磨時間的玻璃粉，并對玻璃粉的相關物理、化學性能進行了測試?；诨钚苑勰┗炷粒≧PC）的配合理論和水化機理，從化學成分、物理性能以及礦物摻和料疊加效應3個方面論證了以廢棄玻璃粉為摻和料制備活性粉末混凝土（RPC）的可行性。3、廢棄玻璃在再生混凝土中的研究現(xiàn)狀分析針對廢棄玻璃在再生混凝土的研究方面，近年來有少數(shù)學者做了研究，認為廢棄玻璃用作骨料、摻合料加入到再生混凝土中是可行的。楊晶[15]開展了將廢玻璃作為輔助膠凝材料應用于再生混凝土中的研究，得出優(yōu)化后的廢玻璃微粉作為輔助膠凝材料的使用條件為粒徑在38μm以下、摻量為灰份質(zhì)量的15%、水灰比為0.45。得出結(jié)論：廢玻璃微粉作為輔助膠凝材料應用于再生混凝土中是可行的。葉騰等[16]的研究表明廢棄玻璃和廢棄混凝土兩種固體廢棄物進行綜合利用生產(chǎn)再生混凝土具有一定的可行性。王宗強等[17]研究了廢棄玻璃與粉煤灰在C40自密實再生混凝土中的最佳取代率。試驗結(jié)果表明：在再生粗骨料取代率為20%的基礎上，當廢棄玻璃與粉煤灰的最佳取代率分別為20%和30%時，自密實再生混凝土的力學性能和經(jīng)濟性達到最佳。李春光等[18]研究了廢玻璃對廢棄黏土磚再生混凝土力學性能的影響。研究表明：將處理后的廢玻璃以膠凝材料、細骨料、粗骨料三種形式制備再生黏土磚混凝土是完全可行的，廢玻璃作粗骨料且含量為50%時，廢玻璃作為細骨料在取代率為50%時達到最優(yōu)效果。闞義文等[19]研究將廢玻璃和廢橡膠作為建筑材料摻入混凝土中制備混凝土構件。結(jié)果表明：廢橡膠摻量是影響廢棄固體顆?；炷量箟簭姸鹊闹饕蛩?，兩種固體廢棄材料體積取代率為30%混凝土試件的抗壓強度較普通混凝土下降約30%。由于國內(nèi)外對這方面的研究較晚，研究文獻較少，目前的研究還僅僅處在初步階段，需要廣大科研人員從多個角度出發(fā)去研究影響再生混凝土性能的可能因素，并做進一步深入探索研究，為廢棄玻璃在再生混凝土中的應用提供可靠的依據(jù)。4、發(fā)展前景從目前的研究進展來看，廢棄玻璃在再生混凝土中的應用在理論上是可行的。但這項研究還處在試驗初步階段，需要從更大層面去研究，特別是要從建筑構件的結(jié)構性能方面進行全面深入研究，還應當在實際工程中去加以驗證并充分應用。未來隨著研究的不斷深入，廢棄玻璃在再生混凝土中關鍵技術的應用會得到逐漸成熟，使廢棄玻璃能夠得到最大限度的回收利用，保證資源的可持續(xù)發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。然而，要使廢棄玻璃在再生混凝土中得到進一步應用和推廣，還需要從以下幾個方面考慮，共同協(xié)調(diào)作用。第一，在政府方面，國家在政策上還要大力支持，制定統(tǒng)一的相對比較符合實際的廢棄玻璃再生混凝土應用的國家標準和行業(yè)標準，使得廢棄玻璃在建筑上的應用得到進一步規(guī)范化，保證廢棄玻璃應用的市場秩序。第二，在科研方面，由于廢棄玻璃本身的特性，目前在再生混凝土中的應用還處在初步階段，在實際工程中的應用還比較局限，特別是在結(jié)構性能方面的應用還相對較少。因此要提高力度，支持和鼓勵科研人員積極探索研究，充分發(fā)揮廢棄玻璃的優(yōu)點，擴大廢棄玻璃在建筑行業(yè)的應用范圍。第三，在企業(yè)方面，企業(yè)要充分利用國家的優(yōu)惠政策，加大對廢棄玻璃在再生混凝土中應用的研發(fā)投入，積極創(chuàng)新，加強對廢棄玻璃在建筑業(yè)應用中的關鍵技術研究，探索廢棄玻璃的應用效能。第四，在成本方面，由于國家加強對環(huán)境的保護力度，特別是注重對垃圾的分類，使得廢棄玻璃的回收成本降低，這在一定程度上也節(jié)約了廢棄玻璃的應用成本。綜合以上幾個方面來看，廢棄玻璃在再生混凝土中的研究應用具有很好的發(fā)展前景，應當在將來的實際工程應用中采取更加有利的措施積極加以推廣?？傊瑥U棄玻璃在再生混凝土中的應用會隨著研究