淺析廢玻璃在建筑材料中的應(yīng)用

淺析廢玻璃在建筑材料中的應(yīng)用

陸瑾

(中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063)

摘要：該文探析了廢棄玻璃在混凝土、墻材、建筑裝飾材料和泡沫玻璃中再利用的四種途徑。廢棄玻璃應(yīng)用于建筑材料中，可以有效地減少石料的使用量和廢棄玻璃的填埋量，從而減少了對自然環(huán)境的破壞。

關(guān)鍵詞：廢棄玻璃；再利用；建筑材料

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.018

Abstract:This article describes the waste glass that are applied in concrete,wall materials,building and ornament materials,and foam glass.Waste glass applied in building materials can reduce the used amount of stone and the amount of landfill of waste glass.

收稿日期：2015-04-21.

作者簡介：陸瑾(1982-)，工程師.E-mail:20378384@qq.com

Application of Waste Glass in Building Materials

LUJin

(China Triumph International Engineering Co,Ltd,Shanghai 200063,China)

Key words:waste glass;recycle;building materials

玻璃制品廣泛用于日常生活及房屋建筑中，還被發(fā)展成為尖端科技產(chǎn)品及科研生產(chǎn)不可或缺的原材料。與此同時，不可避免地產(chǎn)生大量玻璃廢棄物。然而玻璃是一種不能被微生物降解的固體廢棄物。目前我國主要的處理方式是將廢棄玻璃填埋，這是一種對環(huán)境不友好的處理方式。該方式不僅占用大量土地資源，而且對周圍自然環(huán)境造成破壞。眾所周知，玻璃是一種可以回收利、自身循環(huán)再利用的資源。每公斤廢碎玻璃，可以替代1.2 kg需要開采的原材料；如果玻璃配合料中每增加10%的廢玻璃，可節(jié)約3%的能源，能減少碳排放大約5%。因此提高廢棄玻璃的利用率不僅可以保護自然資源，而且可以減少對能源的消耗和溫室氣體的排放。這也是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的首選。

目前廢玻璃所引起的環(huán)境污染和資源浪費問題引起社會的普遍關(guān)注。尋求一種類似礦渣、粉煤灰等固體廢棄物高效循環(huán)利用的新技術(shù)，提高廢玻璃的利用率，是研究者必須面臨和解決的迫切問題。發(fā)達國家玻璃工作者對廢棄玻璃的回收和再利用的相關(guān)研究已開展多年，并取得了一系列成果，對廢玻璃進行大規(guī)模應(yīng)用提供了技術(shù)支持。我國在廢玻璃回收和再利用方面起步較晚，技術(shù)相對落后。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，我國每年廢棄玻璃有1 040萬t，占固體廢棄物的5%[1]。廢棄玻璃再利用加工成本昂貴，大部分作為垃圾被丟棄，未能充分利用，利用率僅13%～15%[2]，800多萬t的玻璃成為廢棄物。在歐美發(fā)達國家廢玻璃占城市生活垃圾總量的4%～8%，回收率達到70%。回收的廢玻璃被廣泛用作輕集料和輔助膠凝材料。由此可見，我國廢玻璃回收和再利用和發(fā)達國家存在顯著地差異，提高利用率迫在眉睫。

道路、橋梁和建筑等領(lǐng)域需要大量建筑材料，將廢棄玻璃應(yīng)用于建筑材料中，可以有效地減少石料的使用量和廢棄玻璃的填埋量，從而減少了對自然環(huán)境的破壞，對建設(shè)環(huán)境友好型社會有重要的意義。該文主要探析了國內(nèi)外廢棄玻璃在混凝土、墻材、建筑裝飾材料和泡沫玻璃中再利用情況及未來我國在廢玻璃再利用中的發(fā)展方向。

1廢棄玻璃在建筑材料中應(yīng)用

1.1　廢棄玻璃在混凝土應(yīng)用

玻璃混凝土指在瀝青或水泥混凝土中將破碎的廢玻璃替代部分集料而成的混凝土。混凝土是全球消耗最大的建筑材料，廣泛用于橋梁、建筑、道路等行業(yè)。廢玻璃代替部分集料不僅使廢棄資源得到最大化利用，而且使工程造價大大降低，大約節(jié)約20%~30%的費用。因此將廢玻璃用于建筑材料中是最直接且最高效的回收利用廢玻璃的方法。

玻璃具有很高的硅含量和非晶特性,是一種非常有前景的膠凝材料。許多研究者已經(jīng)將廢玻璃摻入于水泥和混凝土中，如作為生產(chǎn)硅酸鹽水泥的骨料,或作為惰性填料代替部分硅酸鹽水泥[3,4]。劉光焰等人研究表明經(jīng)過破碎的廢玻璃具有天然砂的物理性能，將碎玻璃摻入混凝土中代替部分天然沙，當取代率在25%以下時混凝土強度與未摻廢玻璃水泥混凝抗壓強度相當[5]。查曉雄等人將廢玻璃直接應(yīng)用到鋼管混凝土構(gòu)件中，研究結(jié)果表明，玻璃混凝土中堿-硅酸膨脹反應(yīng)對于鋼管混凝土的承載能力的提高具有顯著作用，廢玻璃能取代混凝土中的粗細骨料將其應(yīng)用于鋼管混凝土是可行的[6]。但是，據(jù)已有的研究表明玻璃中含有大量的堿和活性SiO2。廢棄玻璃作為玻璃骨料應(yīng)用到混凝土中，會發(fā)生堿—硅酸反應(yīng)，大多數(shù)都會引起堿—硅酸膨脹危害，影響混凝土強度。據(jù)國內(nèi)外文獻報道[7,8]。當玻璃骨料粒徑小于某一值時，可以有效減輕堿—硅酸反應(yīng)。據(jù)報道，鈉鈣玻璃粒徑小于300 μm時，可以安全地摻入混凝土中[9]。大尺寸的玻璃骨料容易觸發(fā)堿—硅酸反應(yīng)而在混凝土中產(chǎn)生微裂紋。因此，將廢棄玻璃破碎成玻璃粉后摻入混凝土中，不僅可以減少水泥用量，還可以有效地減輕堿—硅酸反應(yīng)。

玻璃是無定型的非晶態(tài)材料，含有大量的活性SiO2，經(jīng)破碎磨細到一定程度時，會表現(xiàn)出一定的火山灰活性[10,11]。Nathan Schwarz[12]等人指出，玻璃粉火山灰活性比粉煤灰活性高，并且摻有玻璃粉的混凝土試件抗壓強度較摻粉煤灰試件抗壓強度高。王丹等人認為摻有廢玻璃微粉混凝土電導(dǎo)率以及對應(yīng)混凝土內(nèi)部水泥水化程度比摻粉煤灰混凝土高，可通過玻璃粉的火山灰活性作用改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，提高對應(yīng)混凝土力學(xué)性能[13]。

在美國、歐盟、日本和我國臺灣地區(qū)對廢玻璃應(yīng)用于瀝青混合料進行了相關(guān)研究，并將取得成果應(yīng)用于路面工程中，大大減少了對天然砂石的開采。我國學(xué)者陳風(fēng)晨、路賀偉、李烽等人認為廢玻璃在瀝青混合料應(yīng)用的關(guān)鍵問題在于改善玻璃與瀝青的粘附性，研究表明摻加一定比例的廢玻璃的瀝青混合料試件的馬歇爾穩(wěn)定度、抗車轍能力和抗滑性略有降低；隨著廢玻璃用量的增加，瀝青層表面的反光性增加[14-16]。玻璃瀝青混合料的配合比設(shè)計、試驗驗證和攤鋪使用的設(shè)備和方法等與普通瀝青混合料是一致的。因為玻璃碎片的較好的熱傳導(dǎo)性，玻璃瀝青混合料到達攤鋪現(xiàn)場的溫度比普通瀝青混合料低[17,18]。

1.2　廢玻璃代替骨料在新型墻體材料中應(yīng)用

隨著社會發(fā)展，我國開始實行墻體改革政策，以實現(xiàn)保護土地、節(jié)約能源的目的。以粉煤灰、煤矸石、石粉、爐渣、竹炭等為主要原料的新型墻體材料紛紛涌現(xiàn)。使得工業(yè)固體廢棄物得到了最大化利用，自然環(huán)境得到有效保護。與此同時，以廢棄玻璃為原材料生產(chǎn)墻體材料也引起了科研工作者的廣泛興趣。在美國，大量的玻璃廢棄物應(yīng)用在建筑工業(yè)中，如將廢玻璃代替磚的粘土組分作為助熔劑。研究表明，利用玻璃作為助熔劑時，可降低磚的燒成溫度，增加磚的強度，同時減少化石能源的消耗，增加磚產(chǎn)量50%[19]。在日本，研究者將不同比例的碎玻璃與粘土混合，研究發(fā)現(xiàn)當5%～10%碎玻璃粉與粘土混合時，粘土磚的強度和耐污性得到提升。在歐盟，廢玻璃經(jīng)破碎后摻入一定量的添加劑，然后經(jīng)壓模、成型和焙燒制成飾面磚，該磚具有良好的抗化學(xué)侵蝕和耐磨性能。在我國，部分建筑面磚以廢棄玻璃為主要原材料，再摻入一定量的可塑性粘土均勻混合，然后經(jīng)過成型、燒結(jié)等工藝制備建筑面磚。這不僅降低了建筑面磚的生產(chǎn)成本，也提高了廢棄玻璃的利用率。李剛等人利用粉煤灰和廢玻璃粉制備新型墻體材料。試驗結(jié)果表明，當粉煤灰和廢玻璃粉摻量達到一定值時，新型墻體材料強度達到燒結(jié)空心磚、普通混凝土小型空心砌塊、煤渣磚MU7.5的強度標準等級，而密度則降低近1/2，產(chǎn)品具有較小的吸水性[20]。

1.3　用廢玻璃燒結(jié)制作馬賽克等建筑裝飾材料

采用廢玻璃燒結(jié)制作玻璃馬賽克的主要工藝流程是將回收的廢玻璃破碎成粉末，將其與一定量的著色劑和粘合劑混合均勻后送入高溫窯爐中使其熔化為玻璃液，玻璃液經(jīng)壓延機壓制成一定形狀的玻璃塊，最后將玻璃塊退火處理。美國廢玻璃回收率達70%以上，其中有一部分用于生產(chǎn)五顏六色的裝飾材料。其主要的生產(chǎn)流程是將廢玻璃破碎成1 mm 左右的玻璃粉，再摻入一定量的有機顏料，經(jīng)高溫窯爐熔融后冷卻制成一定的形狀，然后將坯體放入加熱爐中進行加熱即可制成[21]。

1.4　廢玻璃在生產(chǎn)泡沫玻璃中應(yīng)用

泡沫玻璃是指玻璃體內(nèi)充滿無數(shù)開口或閉口氣泡的一種玻璃材料,該種玻璃氣孔直徑大約0.5~5 mm,具有良好的隔熱、吸聲、難燃等特點,是一種優(yōu)良的低溫超低溫保冷、隔熱和隔音材料[22]。在美國和歐洲等國將廢玻璃作為制備泡沫玻璃的主要原材料，其主要的生產(chǎn)流程是將廢玻璃破碎成玻璃粉，再添加少量的發(fā)泡劑和一些化工原料混合均勻，然后將其裝入模子放入高溫爐內(nèi)加熱，在發(fā)泡劑作用下形成泡沫玻璃，經(jīng)過出爐、脫模、退火、鑄成一定尺寸的制品。李月明和孫永泰等人利用回收的廢舊平板玻璃和瓶罐玻璃，選擇合適的發(fā)泡劑和其它的添加劑制得具有容重低,抗壓強度大的泡沫玻璃，降低了泡沫玻璃的生產(chǎn)成本,保護環(huán)境,變廢為寶,具有廣泛的經(jīng)濟效益和社會效益[22,23]。

此外，廢棄玻璃還可用于制造玻璃微珠、引爆彈藥所需的摩擦器、金屬鑄造業(yè)的潤滑劑、瓷器業(yè)的焊劑、污水管、及機械設(shè)備覆蓋層等方面。

2結(jié)語

綜上所述，將廢棄玻璃用于混凝土、墻材、建筑裝飾材料和泡沫玻璃等建筑材料中是很好的固體廢棄物綜合利用辦法。尤其是在當今能源緊缺的時代，利用廢玻璃生產(chǎn)建筑材料不僅降低了建筑材料的生產(chǎn)成本,保護環(huán)境,變廢為寶,具有廣泛的經(jīng)濟效益和社會效益。

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