【地坪網資訊】王鳳池，王志攀，張慶博，丁軍勝
﹙沈陽建筑大學土木工程學院，遼寧沈陽110168﹚
摘要：利用廢棄玻璃等質量取代混凝土粗、細集料，通過對侵蝕后混凝土抗壓強度的測定，研究不同取代率、取代形式對混凝土抗侵蝕性能的影響。試驗顯示，無論是在氯化鈉還是硫酸鈉侵蝕溶液下，混凝土強度均呈現低濃度增長，高濃度降低現象；玻璃混凝土強度下降率均低于普通混凝土：普通混凝土、玻璃粗集料混凝土及玻璃細集料混凝土的腐蝕系數均隨浸泡溶液濃度的增高而降低，在相同侵蝕濃度下，玻璃細集料混凝土的腐蝕系數最大，普通混凝土的侵蝕系數最小。研究表明，利用廢棄玻璃取代混凝土的粗細集料均可提高混凝土的抗侵蝕能力。
關鍵詞：混凝土；廢棄玻璃；粗集料；細集料；抗壓強度；腐蝕系數

玻璃廣泛應用于房屋建筑和人民的日常生活中。大量應用不可避免地會產生許多廢棄玻璃無法回收利用，造成資源浪費。同時，堆放埋置需占用土地，污染環境。
由于廢棄玻璃結構的低吸水性，玻璃集料作為粗細集料是一個理想的材料［1 − 4］。Topcu［5］、BasharTaha 等［6］研究了廢棄玻璃砂代替天然砂混凝土的特性，認為用此法制成的玻璃混凝土能夠滿足混凝土的使用要求。廢棄玻璃代替100% 天然細集料，具有與天然集料混凝土一樣的抗壓強度。S. C. Kou等在利用廢棄玻璃作集料制作自密實混凝土時，坍落度、堵塞率、空氣含量等隨著廢棄玻璃含量的增加而增加。J. M. Alhumoud 等認為，這是因為玻璃具有零吸水性。Metwally［7］、楊鳳玲［8］認為，細玻璃集料制成的混凝土，其早期的混凝土性能不佳，但是后期混凝土的力學性能得到較大的提高。這是由于廢棄玻璃細集料能阻止堿集料反應的影響，使用廢棄玻璃取代骨料制成的新混凝土也可以在混凝土中起到外加劑作用［9 − 10］，且廢棄玻璃集料越細，在水泥中的堿集料反應現象造成的膨脹越?。?1］。
玻璃混凝土在使用過程中，可能會受到化學離子侵蝕而產生材料損傷，進而引起結構破壞。例如，將玻璃混凝土應用于含有酸、堿、鹽的化工生產車間和廢水池以及海洋工程等。我們研究了玻璃混凝土在氯鹽和硫酸鹽侵蝕下的強度變化規律。
1 試驗
1. 1 材料處理
采用從廢品回收站回購的廢棄玻璃。將清洗干凈的廢棄玻璃進行人工破碎，然后用標準方孔砂石篩按級配篩分，得到玻璃粗、細集料，如圖1 和圖2所示。

試驗所采用的砂為河砂，最大粒徑5 mm，連續級配，Ⅱ區，中砂，其細度模數為2. 7；碎石粒徑5 ~25 mm；水泥為工源牌P. 032. 5 級硅酸鹽水泥。
1. 2 試驗方法
分別考慮普通混凝土﹙NC﹚、廢棄玻璃取代20%﹙質量分數，下同﹚的天然混凝土細集料﹙GCC﹚和玻璃取代20% 天然混凝土粗集料﹙GFC﹚3 種情況，GCC 和GFC 2 種情況下的粒徑分布及其所占的質量分數如表1 所示。

采用混凝土的基準質量配合比為m水泥: m石:m砂: m水= 1 : 2. 84 : 1. 59 : 0. 43。侵蝕溶液采用清水﹙0%，質量分數，下同﹚、Na2SO4 溶液﹙5%、10%和15%﹚、NaCl 溶液﹙5%、10%和15%﹚。將100 mm ×100 mm × 100 mm 試塊養護28 d 之后，再浸泡28 d，測定試件的抗壓強度。
2 結果與分析
2. 1 侵蝕液對玻璃混凝土強度的影響
普通混凝土、玻璃混凝土試件在清潔自來水中的強度，比未浸泡時的強度有所提高。無論是在NaCl 還是Na2SO4 侵蝕溶液中，混凝土強度均呈現低濃度增長，高濃度降低現象?；炷恋膹姸茸兓?eta;按下式計算：


之后，隨著NaCl 質量分數的增加，普通混凝土、玻璃混凝土試件的抗壓強度開始下降。當NaCl 溶液的質量分數達到15%時，GCC 抗壓強度與28 d 對比試件相差不大，為36. 26 MPa；而此時NC、GFC 試件的抗壓強度相比28 d 對比試件下降較多，其抗壓強度分別下降了5. 78%和4. 58%，說明氯鹽對水泥水化反應有促進作用。因此，低濃度下可以提高混凝土的強度。
隨著濃度的提高，因NaCl 在孔隙中結晶而產生的結晶壓力，造成混凝土內部開始出現微裂紋，進而使混凝土開裂或剝蝕。而在玻璃混凝土中，NaCl 電離出的Na + 與廢棄玻璃集料中的活性SiO2 發生反應，生成硅酸鹽凝膠﹙Na2SiO3 ·nH2O﹚，使得玻璃集料混凝土的抗壓強度得到提高。但NaCl 溶液濃度過高時，生成物體積增大，最終因內壓力而導致強度降低。
同樣的，普通混凝土、玻璃混凝土在受到Na2SO4 溶液侵蝕時，濃度影響亦如此﹙見圖5 和圖6﹚，GCC 的抗壓強度增幅同樣最大，GFC 次之，NC增加幅度最小。


當Na2SO4 溶液中Na2SO4 的質量分數達到15% 時，NC 的抗壓強度與28 d 試件相比，下降2. 28% ，而此時GCC 試件的抗壓強度僅下降0. 75% 。
說明使用廢棄玻璃取代天然混凝土粗集料，制成的玻璃混凝土內部的空隙率降低，混凝土密實，其抗侵蝕能力增強。
對于普通的混凝土，硫酸鹽與混凝土中的Ca﹙OH﹚2 發生反應生成CaSO4·2H2O，在低濃度時能夠提高混凝土的強度，但在高濃度時因生成物較多導致膨脹開裂；而在玻璃混凝土中，廢棄玻璃集料中的活性SiO2 受到較低濃度SO2 −4 的激發，活性增加，反應生成了水化硅酸鈣，其穩定性較好，堿性低，從而改善了玻璃混凝土的密實度。但是隨著SO2 −4濃度的增大，反應生成的鹽類結晶，逐漸積聚致使混凝土內部產生有害應力，進而影響了玻璃混凝土的強度。
2. 2 玻璃混凝土的腐蝕系數
腐蝕系數能夠比較直觀地反映材料對腐蝕介質的抵抗力，根據腐蝕系數的大小可以判斷腐蝕程度。腐蝕系數越大，材料的抗侵蝕能力越強。腐蝕系數按式﹙2﹚計算：
k = f/f0
式中，f0 為相同侵蝕時間下清水﹙即侵蝕溶液質量分數為0%﹚中的抗壓強度。由于浸泡在清水中繼續養護，因此一般情況下f0 > f28。
表2 為在不同質量分數的NaCl 溶液和Na2SO4溶液下，NC、GCC 和GFC 3 種混凝土的腐蝕系數。由表2 可見，無論是在NaCl 還是Na2SO4 溶液下，NC、GFC 及GCC 的腐蝕系數隨著浸泡溶液質量分數的增加而降低。在相同侵蝕質量分數下，GCC 的腐蝕系數最大，NC 的侵蝕系數最小。

3 結論
1﹚普通混凝土、玻璃混凝土試件在清潔自來水中的強度，比未浸泡時的強度有所提高。無論是在NaCl 侵蝕液還是在Na2SO4 侵蝕溶液中，混凝土強度均呈現低濃度增長，高濃度降低的現象。
2﹚無論用NaCl 還是Na2SO4 侵蝕溶液，玻璃混凝土強度的下降率均低于普通混凝土，說明玻璃混凝土的孔隙率較低，且密實較好，其抗侵蝕能力高于普通混凝土。
3﹚無論是在NaCl 還是Na2SO4 溶液下，NC、GFC 及GCC 的腐蝕系數均隨著浸泡溶液濃度的提高而降低。在相同侵蝕濃度下，NCC 的腐蝕系數最大，NC 的侵蝕系數最小。
4﹚研究表明利用廢棄玻璃取代混凝土的粗、細集料制成的玻璃混凝土，其內部孔隙率降低、混凝土結構密實，玻璃混凝土的抗侵蝕能力增強。
參考文獻：
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