陳向哲，丁麗芳，周亮

（河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，河北 保定 071000）

隨著科技的飛速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，玻璃及其加工制品開始廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，與此同時(shí)，廢舊玻璃的產(chǎn)出量也在不斷增加。我國(guó)目前的廢舊玻璃回收利用率約為 30% 左右，低于全球平均水平。在我國(guó)，不能回收利用的固體廢棄物大多通過(guò)填埋的方式處理，造成了資源的大量浪費(fèi)。因此，找到可以高效利用廢舊玻璃的途徑成為主要研究方向。

1 原材料

（1）水泥：選取京蘭 P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，該水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定要求，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表1 水泥的物理性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：選用清苑Ⅱ級(jí)粉煤灰，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表 2。

表2 粉煤灰基本性能

（3）礦粉：選取乾華 S95 級(jí)礦粉，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表 3。

表3 礦粉的技術(shù)指標(biāo)

（4）水：選用飲用水。

2 試驗(yàn)方法

2.1 玻璃粉制備

本試驗(yàn)所采用的玻璃是廢品回收站收購(gòu)的廢棄玻璃，除去表面非玻璃雜質(zhì)，用人工破碎的方法，先將大塊玻璃破碎成小塊，然后用壓碎值指標(biāo)測(cè)定儀進(jìn)行壓碎，再利用小型球磨機(jī)將破碎好的玻璃分別粉磨 20min、30min、40min 后密封備用。為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，球磨之前先將球磨機(jī)內(nèi)部打掃干凈，以防止廢玻璃粉中摻入其他雜質(zhì)，影響廢玻璃粉純凈度。

2.2 水泥膠砂試驗(yàn)

依據(jù) GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》和 GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》相關(guān)規(guī)定，本研究將玻璃粉、礦粉和粉煤灰分別以 0%、5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥進(jìn)行水泥膠砂試驗(yàn)，制備玻璃粉、礦粉和粉煤灰膠砂試件，然后進(jìn)行膠砂流動(dòng)度、膠砂試件 28d 抗折強(qiáng)度、28d 抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

利用 SM-500 型水泥試驗(yàn)?zāi)?duì)廢舊玻璃進(jìn)行不同時(shí)間的磨細(xì)，利用激光粒度儀和水泥細(xì)度負(fù)壓篩析儀分別測(cè)定不同粉磨時(shí)間玻璃粉的比表面積和細(xì)度，研究粉磨時(shí)間對(duì)廢舊玻璃粉比表面積和細(xì)度的影響；將不同比表面積的廢舊玻璃粉以不同比例替代水泥進(jìn)行膠砂試驗(yàn)，通過(guò)制作膠砂試件，分析比表面積對(duì)膠砂活性指數(shù)的影響。通過(guò)對(duì)比不同比表面積廢舊玻璃粉的膠砂活性對(duì)廢舊玻璃粉的比表面積進(jìn)行優(yōu)選，選出最優(yōu)比表面積的廢舊玻璃粉。

3.1 粉磨時(shí)間對(duì)廢舊玻璃粉細(xì)度及比表面積影響

不同粉磨時(shí)間廢舊玻璃粉的細(xì)度、比表面積及粉煤灰（F）細(xì)度、礦粉（KF）比表面積如表 4 所示，表中 T20、T30、T40 分別表示使用 SM-500 型水泥試驗(yàn)?zāi)シ勰?20、30、40 分鐘的廢舊玻璃粉。

表4 廢舊玻璃粉比表面積和細(xì)度隨粉磨時(shí)間變化表

用激光粒度儀測(cè)試不同粉磨時(shí)間廢舊玻璃粉粒度分布圖見(jiàn)圖 1～3。

從圖 1 可以看出廢舊玻璃粉粉磨 20min 出現(xiàn) 3 個(gè)峰值，粒徑分布不均勻，且 10μm 以上的顆粒含量占 81.36%；圖 2、圖 3 略好于圖 1，說(shuō)明粉磨 30min 和 40min 略好于粉磨 20min，但是也出現(xiàn) 2 個(gè)峰值。對(duì)比 T30 和 T40 可以發(fā)現(xiàn)，T30 玻璃粉顆粒中 10μm 以上的顆粒含量占 54.95%，T40 玻璃粉顆粒中 10μm 以上的顆粒含量占 50.28%，T40 的細(xì)顆粒含量高，說(shuō)明粉磨時(shí)間越長(zhǎng)，玻璃粉顆粒越細(xì)，但是超過(guò) 30min 后，細(xì)度變化不大。

圖1 廢舊玻璃粉磨 20min 粒徑分布圖

圖2 廢舊玻璃粉磨 30min 粒徑分布圖

圖3 廢舊玻璃粉磨 40min 粒徑分布圖

根據(jù)表 4 繪制廢舊玻璃粉細(xì)度隨粉磨時(shí)間變化圖，如圖 4 所示，與粉煤灰細(xì)度進(jìn)行對(duì)比，如圖 5 所示。

圖4 廢舊玻璃粉細(xì)度折線圖

圖5 廢舊玻璃粉細(xì)度與粉煤灰對(duì)比圖

從圖 4 可以看出隨著粉磨時(shí)間的增加，廢舊玻璃粉的細(xì)度逐漸變小，T20 到 T30 變化速率較大，T30 到 T40 變化速率變緩；從圖 5 與粉煤灰細(xì)度對(duì)比圖可以看出粉磨 T20 細(xì)度較大，粉磨 T30 和粉磨 T40 與粉煤灰細(xì)度相近。

根據(jù)表 4 繪制廢舊玻璃粉比表面積隨粉磨時(shí)間變化圖，如圖 6 所示，與礦粉比表面積對(duì)比，如圖 7 所示。

圖6 廢舊玻璃粉比表面積折線圖

圖7 廢舊玻璃粉比表面積與礦粉對(duì)比圖

從圖 6 可以看出隨著粉磨時(shí)間的增加，廢舊玻璃粉的比表面積逐漸增大，同細(xì)度變化規(guī)律相似，T20 到 T30 變化速率較大，T30 到 T40 變化速率變緩；從圖 7 與礦粉比表面積對(duì)比圖可以看出，T30 和 T40 與礦粉比表面積接近，T20 與礦粉比表面積相差較大。

小結(jié)：廢舊玻璃粉的細(xì)度隨粉磨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸變小，粉磨時(shí)間超過(guò) 30min 后，細(xì)度減小速率變??；比表面積隨著粉磨時(shí)間的增加而增加，與細(xì)度變化規(guī)律相似，當(dāng)粉磨時(shí)間超過(guò) 30min 后，比表面積增加的速率變化不大。可見(jiàn)，廢舊玻璃粉在機(jī)械磨細(xì)的過(guò)程中，物料發(fā)生脆性破壞，使廢舊玻璃粉的顆粒變細(xì)，比表面積增加。

3.2 玻璃粉對(duì)膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)影響

通過(guò)對(duì)比細(xì)度和比表面積試驗(yàn)，優(yōu)選粉磨 30min 和 40min 廢舊玻璃粉進(jìn)行膠砂試驗(yàn)。本次試驗(yàn)主要研究廢舊玻璃粉的粉磨時(shí)間對(duì)膠砂性能的影響。不同粉磨時(shí)間廢舊玻璃粉分別以 5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥進(jìn)行水泥膠砂試驗(yàn)，并分別與基準(zhǔn)試件及相同取代率的粉煤灰和礦粉進(jìn)行比較。

根據(jù)表 5 數(shù)據(jù)繪制玻璃粉不同摻量膠砂流動(dòng)度折線圖及 30% 摻量時(shí)玻璃粉與礦粉、粉煤灰流動(dòng)度對(duì)比折線圖，詳見(jiàn)圖 8 及圖 9。

由表 5 和圖 8 可以看出，隨著玻璃粉摻量的增加，膠砂流動(dòng)度有高有低，沒(méi)有明顯規(guī)律。通過(guò)圖 8 可以看出，在相同摻量時(shí)，玻璃粉膠砂的流動(dòng)度均大于粉煤灰膠砂的流動(dòng)度。從圖 9 可以看出，在 30% 摻量時(shí)，水泥膠砂流動(dòng)度具體排序?yàn)椋篢40＞T30＞礦粉＞基準(zhǔn)＞粉煤灰。

圖8 膠砂流動(dòng)度折線圖

圖9 30% 摻量膠砂流動(dòng)度對(duì)比圖

表5 玻璃粉膠砂流動(dòng)度

小結(jié)：優(yōu)選粉磨 30min 和 40min 廢舊玻璃粉分別以 5%、10%、15%、20%、25%、30% 比例替代水泥進(jìn)行水泥膠砂試驗(yàn)，并分別與基準(zhǔn)試件及相同取代率的粉煤灰和礦粉進(jìn)行比較。隨著玻璃粉摻量的增加，膠砂流動(dòng)度有高有低，沒(méi)有明顯規(guī)律。在各摻合料摻量為 30% 時(shí)，水泥膠砂流動(dòng)度具體排序?yàn)椋篢40＞T30＞礦粉＞基準(zhǔn)＞粉煤灰。

3.3 玻璃粉對(duì)膠砂強(qiáng)度影響

玻璃粉的膠砂強(qiáng)度決定著玻璃粉作摻合料混凝土的強(qiáng)度，是玻璃粉作混凝土摻合料最為重要的指標(biāo)。本次試驗(yàn)對(duì)比不同粉磨時(shí)間玻璃粉膠砂強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究，并與純水泥的膠砂強(qiáng)度和粉煤灰、礦粉的膠砂強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析。

不同粉磨時(shí)間廢玻璃粉膠砂強(qiáng)度見(jiàn)表 6。

根據(jù)表 6 繪制不同粉磨時(shí)間玻璃粉不同摻量 28 天膠砂強(qiáng)度變化規(guī)律折線圖（圖 10），及 30% 摻量時(shí)與礦粉、粉煤灰對(duì)比折線圖（圖 11）。

表6 玻璃粉膠砂強(qiáng)度

從圖 10 可以看出，除礦粉外，T30、T40 以及粉煤灰水泥膠砂強(qiáng)度均隨著摻量的增加，強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且 T30、T40 膠砂強(qiáng)度略高于粉煤灰膠砂強(qiáng)度。從圖 11 可以看出，30% 摻量時(shí)膠砂強(qiáng)度排序?yàn)椋旱V粉＞基準(zhǔn)＞T40＞粉煤灰＞T30。

圖10 膠砂強(qiáng)度折線圖

圖11 30% 摻量膠砂強(qiáng)度對(duì)比圖

小結(jié)：通過(guò)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)可以得出結(jié)論：T30、T40 以及粉煤灰水泥膠砂強(qiáng)度均隨著摻量的增加，強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且 T30、T40 膠砂強(qiáng)度略高于粉煤灰膠砂強(qiáng)度；30% 摻量時(shí)膠砂強(qiáng)度排序?yàn)椋旱V粉＞基準(zhǔn)＞T40＞粉煤灰＞T30。當(dāng)玻璃粉粉磨時(shí)間低于 40min 時(shí)，玻璃粉活性較低，低于粉煤灰，所以當(dāng)玻璃粉作為摻合料應(yīng)用于混凝土?xí)r，粉磨時(shí)間不宜低于 40min。

4 結(jié)論

首先對(duì)廢舊玻璃粉進(jìn)行了粉磨，然后通過(guò)對(duì)玻璃粉細(xì)度及表面積對(duì)比優(yōu)選玻璃粉摻量，進(jìn)行膠砂流動(dòng)度及膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，并與礦粉及粉煤灰流動(dòng)度、活性對(duì)比。

（1）廢舊玻璃粉的細(xì)度隨粉磨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸變小，粉磨時(shí)間超過(guò) 30min 后，細(xì)度減小速率變??；比表面積隨著粉磨時(shí)間的增加而增加，與細(xì)度變化規(guī)律相似，當(dāng)粉磨時(shí)間超過(guò) 30min 后，比表面積增加的速率變化不大。

（2）優(yōu)選粉磨 30min 和 40min 廢舊玻璃粉分別以不同比例替代水泥進(jìn)行水泥膠砂試驗(yàn)，并分別與基準(zhǔn)試件及相同取代率的粉煤灰和礦粉進(jìn)行比較。隨著玻璃粉摻量的增加，膠砂流動(dòng)度有高有低，沒(méi)有明顯規(guī)律。在 30% 摻量時(shí)，水泥膠砂流動(dòng)度具體排序?yàn)椋篢40＞T30＞礦粉＞基準(zhǔn)＞粉煤灰。

（3）通過(guò)膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)可以得出結(jié)論：T30、T40 以及粉煤灰水泥膠砂強(qiáng)度均隨著摻量的增加，強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且 T30、T40 膠砂強(qiáng)度略高于粉煤灰膠砂強(qiáng)度；30% 摻量時(shí)膠砂強(qiáng)度排序?yàn)椋旱V粉＞基準(zhǔn)＞T40＞粉煤灰＞T30。當(dāng)玻璃粉粉磨時(shí)間低于 40min 時(shí)，玻璃粉活性較低，低于粉煤灰，所以當(dāng)玻璃粉作為摻合料應(yīng)用于混凝土?xí)r，粉磨時(shí)間不宜低于 40min。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著 21 世紀(jì)全球化工業(yè)化發(fā)展，由水泥生產(chǎn)及天然砂大量開采帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境破壞成為建筑行業(yè)所面臨的巨大壓力，因此，亟需尋找水泥和天然砂的替代產(chǎn)品，以改善生態(tài)環(huán)境；與此同時(shí)，由于玻璃的大量使用，必然會(huì)產(chǎn)生許多玻璃廢棄物。目前，大部分廢舊玻璃都以填埋等方式處理，污染環(huán)境的同時(shí)也占用大量土地。廢舊玻璃是一種可回收利用資源，其來(lái)源廣泛，且相較于水泥和天然砂石，其采購(gòu)成本低，可以縮減混凝土生產(chǎn)成本，符合當(dāng)下綠色環(huán)保的生產(chǎn)模式，因此，將玻璃應(yīng)用于建筑業(yè)中，是一條一舉兩得的有效途徑。