赫文秀

(遼寧生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院,沈陽(yáng) 110122)

0 引言

玻璃是現(xiàn)代生活中不可或缺的一種物質(zhì),但廢棄玻璃產(chǎn)生的生活垃圾降解處理難度較大,給生態(tài)環(huán)境造成極大的負(fù)擔(dān)。在雙碳背景下,綠色制造是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵一步。廢玻璃經(jīng)回收處理后可替代混凝土中的骨料,實(shí)現(xiàn)資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)外針對(duì)廢玻璃混凝土展開(kāi)了大量研究[1-2]。張楚等[3]通過(guò)凍融和干濕循環(huán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),凍融循環(huán)作用會(huì)降低廢玻璃混凝土的抗壓強(qiáng)度,但強(qiáng)度降低不明顯。羅輝等[4]通過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)凍融作用后,廢玻璃混凝土的抗凍性優(yōu)于普通混凝土,且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加廢玻璃混凝土的抗凍性能越好。孟春陽(yáng)等[5]通過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在混凝土中摻入粉煤灰可顯著提高其抗凍性能。本研究將廢玻璃作為混凝土的粗骨料和細(xì)骨料,研究廢玻璃混凝土抗凍性能的變化規(guī)律,為其在水利工程中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥:沈陽(yáng)冀東水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。粗骨料:遼寧省營(yíng)口市大石橋市生產(chǎn)的碎石,粒徑5～20 mm,連續(xù)級(jí)配。細(xì)骨料:遼寧省錦州市黑山縣友鄰水庫(kù)的河沙,經(jīng)篩洗后備用,其最大粒徑5 mm,連續(xù)級(jí)配,細(xì)度模數(shù)2.9,Ⅱ區(qū)中砂。廢玻璃:回收廢棄玻璃,經(jīng)洗凈碎后用方孔篩篩取試樣。外加劑:盤錦旭瑞建材有限公司生產(chǎn)的引氣減水劑,減水率19%,摻量2%。

1.2 試驗(yàn)制作

以C30F100混凝土為基礎(chǔ),按照0%、10%、20%、30%、40%的取代率分別取代碎石和天然砂,并按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011的規(guī)范要求進(jìn)行配比設(shè)計(jì),制作成100 mm×100 mm×400 mm棱柱體,經(jīng)養(yǎng)護(hù)24 d后取出。

1.3 凍融循環(huán)試驗(yàn)

試驗(yàn)遵循《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009中快凍法。將養(yǎng)護(hù)24 d的試件取出后,置于(20±2) ℃水中浸泡4 d,然后將其放置在凍融循環(huán)試驗(yàn)箱中進(jìn)行試驗(yàn),凍融循環(huán)溫度為-20 ℃～20 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢玻璃混凝土損傷后的外觀形貌

經(jīng)凍融循環(huán)作用后,廢玻璃取代細(xì)骨料混凝土外觀形貌變化如圖1所示。

圖1 廢玻璃取代細(xì)骨料混凝土凍融后的形貌特征Fig.1 Morphology of fine aggregate concrete after freezing and thawing replaced by waste glass

圖1(a)為未凍融作用混凝土的形貌特征,其表面平整,結(jié)構(gòu)完整,骨料未裸露。圖1(b)為廢玻璃取代10%細(xì)骨料混凝土凍融后的形貌特征,其表面平整,表面混凝土沒(méi)有剝落,凍融后質(zhì)量較好。圖1(c)為廢玻璃取代40%細(xì)骨料混凝土凍融后的形貌特征,表面混凝土剝落,質(zhì)量損失明顯。由圖可知,隨廢玻璃取代砂子的增加,混凝土抗凍性逐漸下降。

經(jīng)凍融循環(huán)作用后,廢玻璃取代粗骨料混凝土外觀形貌變化如圖2所示。圖2(a)為未凍融作用混凝土形貌特征,其表面平整,結(jié)構(gòu)完整,骨料未裸露。圖2(b)為廢玻璃取代10%粗骨料混凝土凍融后的形貌特征,其局部混凝土表面剝落,石子裸露不明顯。圖2(c)為廢玻璃取代40%粗骨料混凝土凍融后的形貌特征,混凝土表面出現(xiàn)明顯的凍脹裂紋,破壞現(xiàn)象明顯,混凝土失去強(qiáng)度。

圖2 廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后的形貌特征Fig.2 Morphology of coarse aggregate concrete after freezing and thawing replated by waste glass

由圖1、圖2比較可知,廢玻璃作為細(xì)骨料對(duì)混凝土抗凍性的影響較小,而作為粗骨料對(duì)混凝土抗凍性的影響明顯,取代率大于10%時(shí),混凝土出現(xiàn)明顯的凍脹裂紋,破壞現(xiàn)象明顯。

2.2 凍融循環(huán)作用對(duì)廢玻璃混凝土性能的影響

2.2.1 質(zhì)量損失率變化規(guī)律

圖3為廢玻璃取代細(xì)骨料混凝土凍融后質(zhì)量損失變化規(guī)律。由圖可知,隨廢玻璃作為細(xì)骨料的取代率和混凝土凍融次數(shù)的增加,混凝土質(zhì)量損失率明顯上升。當(dāng)取代率不超過(guò)20%時(shí),混凝土經(jīng)凍融后質(zhì)量損失率為3.93%,未超過(guò)5%,質(zhì)量損失滿足要求。由此可見(jiàn),最優(yōu)取代率為20%。

圖3 廢玻璃取代細(xì)骨料混凝土凍融后質(zhì)量損失變化規(guī)律Fig.3 Variation of quality loss after freezing and thawing of fine aggregate concrete replaced by waste glass

圖4為廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后的質(zhì)量損失變化規(guī)律。由圖可知,隨廢玻璃作為粗骨料的取代率和混凝土凍融次數(shù)的增加,混凝土質(zhì)量損失率增加明顯。當(dāng)取代率未超過(guò)10%時(shí),混凝土經(jīng)凍融后質(zhì)量損失率為4.36%,未超過(guò)5%,質(zhì)量損失滿足要求。由此可見(jiàn),最優(yōu)取代率為10%。

圖4 廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后質(zhì)量損失變化規(guī)律Fig.4 Variation of quality loss after freezing and thawing of coarse aggregate concrete replaced by waste glass

2.2.2 相對(duì)動(dòng)彈性模量變化規(guī)律

由圖5可知,隨廢玻璃取代率和混凝土凍融次數(shù)的增加,混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量會(huì)逐漸下降。當(dāng)廢玻璃摻量20%時(shí),經(jīng)過(guò)凍融后的相對(duì)動(dòng)彈性模量為63.5%,滿足抗凍性的要求。當(dāng)摻量超過(guò)20%時(shí),廢玻璃混凝土的抗凍性不滿足要求。由圖6可知,隨著廢玻璃取代粗骨料數(shù)量的逐漸增加,混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量逐漸下降。當(dāng)廢玻璃摻量為10%時(shí),經(jīng)過(guò)凍融后相對(duì)動(dòng)彈性模量為68.3%,滿足抗凍性要求。

圖5 廢玻璃取代細(xì)骨料混凝土凍融后相對(duì)動(dòng)彈性模量變化規(guī)律Fig.5 Change of relative dynamic elastic modulus after freezing and thawing of fine aggregate concrete replaced by waste glass

圖6 廢玻璃取代粗骨料混凝土凍融后相對(duì)動(dòng)彈性模量變化規(guī)律Fig.6 Change of relative dynamic elastic modulus after freezingand thawing of coarse aggregate concrete replaced by waste glass

3 結(jié)論

以廢玻璃為研究對(duì)象,通過(guò)試驗(yàn)可知,隨凍融次數(shù)的增加,其抗凍性逐漸下降。廢玻璃作為細(xì)骨料,當(dāng)取代率為20%時(shí),廢玻璃混凝土的抗凍性能滿足要求。廢玻璃作為粗骨料,當(dāng)取代率為10%時(shí),廢玻璃混凝土的抗凍性能滿足要求。