廢玻璃粉后期火山灰活性研究

李卓才 黃雙鳳 周基　靳鵬偉

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廢玻璃粉后期火山灰活性研究

李卓才1黃雙鳳2周基1靳鵬偉1

（1湖南科技學(xué)院，湖南 永州 425199；2湖南省人民政府，湖南 長沙 410000）

采用無色廢玻璃粉作為研究對象，中位粒徑分別為16.21μm，15.1μm，9.2μm，取代10%的水泥，制成膠砂試件，測定28d、50d、70d、90d、120d、140d齡期的抗壓強(qiáng)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：廢玻璃粉早期（≦28d）活性低，水化產(chǎn)物少，廢玻璃粉活性從齡期50d開始發(fā)揮；水化反應(yīng)后期（≧90d）活性很強(qiáng)，生成大量膠凝產(chǎn)物，還有較多鈣礬石。這說明廢玻璃粉后期火山灰活性強(qiáng)，具有較大的潛力。

廢玻璃粉；后期；火山灰活性

1　引　言

固體垃圾越來越多，其中廢玻璃占到約5%-10%。我國城市廢棄物中廢玻璃含量將近10%，高于國際平均水平。廢玻璃主要來源為居民廢棄，有研究表明，20%左右的廢玻璃由玻璃廠和玻璃纖維廠產(chǎn)生[1]。廢棄的玻璃一般采用填埋的處理方式，侵占了大量的農(nóng)田，進(jìn)而影響生產(chǎn)生活?？茖W(xué)家想出很多辦法處理，有主張回收生產(chǎn)容器的，有主張生產(chǎn)保溫砌體的，最新的一種思想是用于混凝土中當(dāng)建筑材料使用。西方資本主義國家上世紀(jì)中葉就開始嘗試把廢玻璃做骨料，但報道出現(xiàn)過膨脹反應(yīng)[2]。之后廢玻璃混凝土的研究與應(yīng)用一直停滯不前。有研究人員提出，當(dāng)廢玻璃粉小于一定粒徑時，可以忽略膨脹反應(yīng)。Shao[3]把廢玻璃粉取代相同體積的水泥，結(jié)果表明活性指數(shù)超過75%。宋百姓[4]實驗得出28d活性指數(shù)小于70%。前期火山灰活性均不高，文章研究了60d-120d的火山灰活性。

2　實　驗

2.1實驗材料

P.O42.5水泥，比表面積3610cm2/g；標(biāo)準(zhǔn)砂；廢玻璃粉，無色，由酒瓶球磨得到，其中位粒徑分別為16.21μm，15.1μm，9.2μm，比表面積對應(yīng)為2430cm2/g，2710cm2/g，3910cm2/g；Ⅱ級粉煤灰。

2.2膠砂試件

用中位粒徑分別為16.21μm，15.1μm，9.2μm的廢玻璃粉及Ⅱ級粉煤灰分別取代15%的水泥，實驗組均加入10gNa2CO4激發(fā)劑，得到4組砂漿試件，另外設(shè)置一組空白對照組。配合比如下表1所示：

表1.試件配合比

試件編號質(zhì)量/g 水泥廢玻璃粉Ⅱ級灰水標(biāo)準(zhǔn)砂 C14054502251350 C24054502251350 C34054502251350 F04050452251350

2.3活性指數(shù)

依照ISO法進(jìn)行膠砂試件成型養(yǎng)護(hù)，試壓。測定28d，50d，70d，90d，120d，140d 6個齡期的抗壓強(qiáng)度F1，空白組為F0，活性指數(shù)H=F1/F0。

3 實驗結(jié)果討論

3.1抗壓強(qiáng)度與活性指數(shù)

5組配合比的試件實驗結(jié)果如表2和表3所示。

表2.抗壓強(qiáng)度(單位：MPa)

試件編號28d齡期50d齡期70d齡期90d齡期120d齡期140d齡期 C051.6728092.5104120 C126.838.950.171.289.2113 C228.443.456.475.492.398.6 C332.347.866.380.299.8129 F041.565.372.198.2115124

表3.活性指數(shù)（%）

試件編號28d齡期50d齡期70d齡期90d齡期120d齡期140d齡期 C0100100100100100100 C151.95462.67785.894.2 C25560.370.581.588.882.2 C362.666.482.986.796108 F080.490.790.1106111103

圖1.廢玻璃粉活性指數(shù)

3.2廢玻璃粉活性指數(shù)與齡期的關(guān)系

從表2、表3﹑圖1可以看出，28d三種粒徑活性指數(shù)均少于65%，這主要是由于廢玻璃粉是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的網(wǎng)狀Si-O鍵和Al-O鍵化合物，結(jié)構(gòu)致密，在較短的齡期里很難釋放出來。有研究表明此前主要表現(xiàn)為物理活性[5]和顆粒間的鑲嵌作用[6]。50d齡期時，廢玻璃粉表面開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生游離的Si-O和Al-O，參加膠凝反應(yīng)，活性增強(qiáng)，最強(qiáng)67%，最弱54%；70d齡期時，廢玻璃粉活性繼續(xù)增強(qiáng)，最強(qiáng)的已經(jīng)達(dá)到83%，最弱也超過60%，在這時過半的活性被激發(fā)，形成了C-S-H膠凝產(chǎn)物，周圍附著Ca(OH)2晶體,還伴隨生產(chǎn)了少許鈣礬石。從SEM圖像可以知道，空白組最致密，膠凝產(chǎn)物和Ca(OH)2晶體也最多，實驗組的產(chǎn)物不如對照組多，實驗組的產(chǎn)物呈現(xiàn)出一定規(guī)律，基本為粒徑小的化合產(chǎn)物相對多些，密實一些；90d齡期，活性指數(shù)最少達(dá)到77%，相當(dāng)于對照組粉煤灰28d的水平，可以看出后期玻璃粉的活性充分發(fā)揮，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用公式表達(dá)為[7]：

SiO2+Ca2++OH-→ CaO0.8-1.5·SiO2·H2O0.5-2.0，（1）

Al2O3+Ca2++OH-+SO42-→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O (2)

120d齡期至140d齡期活性指數(shù)均到達(dá)90%，此時廢玻璃粉活性完全激活，產(chǎn)物大量生產(chǎn)，上述述反應(yīng)（1）﹑（2）均大量發(fā)生，尤其以（2）式為主，從電鏡圖像中可以看到，有大量松針狀CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O生成，還有部分呈棒狀，整個產(chǎn)物致密，尤其是C3組，產(chǎn)物多而致密。

140d齡期產(chǎn)物里面有膠凝產(chǎn)物，Ca(OH)2晶體，較多棒狀鈣礬石，實驗組的SEM圖像呈現(xiàn)鐵板狀，C3組活性指數(shù)甚至高于空白組和F0組，基本上實驗組的強(qiáng)度活性指數(shù)達(dá)到95%，后期水化反應(yīng)徹底，膠凝產(chǎn)物C-S-H和C-A-H大量生成，有一部分進(jìn)一步反應(yīng)，生成了CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，強(qiáng)度更大，超過單純的水泥水化反應(yīng)。

4 結(jié)　論

當(dāng)廢玻璃粉摻和量為10%時，早期（28d）活性低，少于60%，后期（120d-140d）活性高，基本和水泥的活性相當(dāng),表明廢玻璃粉具有很強(qiáng)的活性潛力；粒徑越小，活性越強(qiáng)，其中以9.2μm粒徑活性最強(qiáng)，各組活性指數(shù)齡期140d時，最大相差26.2%，齡期28d時，C1組與C2組最小相差2.1%。

[1]柯國軍,柏紀(jì)平,譚大維.廢玻璃用于水泥混凝土的研究進(jìn)展[J].南華大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué),2010,24(3):96-102.

[2]SHI Caijun,ZHENG Keren.A review on the use of waste glasses in the production of cement and concrete[J]. Resources,Conservation and Recycling,2007,(2):234-247.

[3]CORINALDESI V,GNAPPI G,MORICONI G,etal.Reuse of ground waste glass as aggregate for mortars[J].Waste Management,2005,(2):197-201.

[4]宋百姓.廢玻璃粉活性激發(fā)實驗研究[D].南華大學(xué),2013.

[5]閻培渝.粉煤灰在復(fù)合膠凝材料水化過程中的作用機(jī)理[J]. 硅酸鹽學(xué)報,2007,35,(S1):167-171.

[6]閻培渝,張慶歡.含粉煤灰或石英粉復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律[J].硅酸鹽學(xué)報,2007,35,(3):263-266.

[7]王智,鄭洪偉,錢覺時,等.硫酸鹽對粉煤灰活性激發(fā)的比較[J].粉煤灰綜合利用,1999,(3):15-18.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2017－04－01

湖南科技學(xué)院研究項目（項目編號16XKY072）。

李卓才（1984－），男，湖南婁底人，湖南科技學(xué)院助教，碩士，研究方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計與高性能混凝土應(yīng)用。

TU528.04

A

1673-2219（2017）06-0046-02