1 引言
大量的玻璃由于其高破壞潛力、混色而難以被回收利用，或者回收利用的成本很高。絕大多數玻璃在垃圾場做填埋處理，但這不合理，因為玻璃本身不能被生物降解，對環境不友好。隨著對環境保護的日漸重視，人們逐漸將注意力集中到如何將固體廢棄物轉換為混凝土的組分上來。對一些固體廢棄物再利用，不僅能節約資源和能源，還能改善混凝土的性能。玻璃顆粒磨細成最大粒徑小于75um的玻璃粉，可以發揮其火山灰活性，從而改善漿體的微觀結構及混凝土的長期強度和耐久性。研究表明，玻璃粉的火山灰活性取決于其細度。相對于水泥水化而言，玻璃粉的火山灰反應在早期進行得很慢，但是后期的火山灰反應會加速。另外，在磨細玻璃粉中并沒有觀察到堿-集料反應[。
由于廢棄玻璃的吸水率較低，與自然砂石的密度相近，廢棄玻璃在混凝土中常被作為粗細集料使用。由于玻璃砂可以通過細化粒度來提高其結構特性，在混凝土中用玻璃砂替代天然砂可以獲得更好的機械性能。Park等用30%的玻璃砂替代普通砂制得了抗壓強度、劈裂抗拉和抗折強度與傳統混凝土相近的混凝土。他們也觀察到，即使在更高的替代比例下，玻璃砂也不會顯著地影響強度。作者指出，些許的強度降低是由于水泥與玻璃砂的粘合力小于水泥與天然砂的粘合力所致，這是因為玻璃砂的吸水率相對較低。在Turgut和Yahlizade關于生產鋪面板材的研究中發現，用玻璃砂替代20%的天然砂可以顯著提高抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度。作者將這一結果歸因于玻璃砂的火山灰活性。
由于玻璃具有很低的吸水率，含有玻璃砂的混凝土的吸水率顯著降低，可以顯著提高混凝土的耐久性。用玻璃砂制備的鋪面板材也具有較低的吸水率[20]。
雖然上述試驗研究證明廢棄玻璃可以作為集料應用于混凝土中，但是其應用依然受水泥漿體中高堿孔溶液和廢棄玻璃的活性二氧化硅之間的堿集料反應（ASR）導致的破壞性膨脹所限制。波特蘭水泥中堿與集料中二氧化硅的反應生成的硅凝膠不僅因為膨脹導致開裂，也會降低混凝土的強度，縮短其使用壽命。Jin等發現，粒徑在1.18mm到2.36mm的玻璃砂產生的膨脹最大，而粒徑更大或更小時，則具有更小的膨脹量。Idir等發現，采用粒徑大于1mm的玻璃砂時會生成ASR凝膠，但是采用顆粒更細的玻璃砂時會因發生火山灰反應而生成C-S-H凝膠。的確，當玻璃砂的粒徑小于1mm時，顆粒周圍會形成一層不膨脹的ASR凝膠，使得顆粒與水泥相連接更緊密。減少堿集料反應的常規方法有采用低堿水泥、摻加摻合料、阻止水進入混凝土以及對集料進行改性。當粉煤灰摻量為20%時，可以顯著降低混凝土中玻璃砂導致的ASR膨脹。Lam等發現，混凝土中摻入10%的粉煤灰就可以阻止含玻璃砂的鋪面板材的ASR破壞。Shayan和Xu也發現在砂漿中用10%的硅灰和超過20%的玻璃粉替代水泥可以保證沒有不良的ASR膨脹。
近年來，隨著混凝土技術的發展，出現了像超高性能混凝土（UHPC）這樣的新一代混凝土。超高性能混凝土是一種具有高力學性能、高延展性和高耐久性的混凝土[27]。典型的超高性能混凝土由水泥、硅灰、石英粉、石英砂和鋼纖維等組成。纖維的摻入可以顯著提高超高性能混凝土的抗折強度和延展性。超高性能混凝土的抗壓強度一般大于150MPa，抗折強度可以達到15MPa，彈性模量可達45GPa，可以實現最小的長期徐變。超高性能混凝土可以抵抗凍融循環破壞和除冰鹽侵蝕而不會出現可見的損傷，而且氯離子幾乎不能滲透。這些優異的性能主要是通過提高剔除粗骨料、增加堆積密度、提高勻質性、優化微觀結構和摻入纖維實現。目前，超高性能混凝土在建筑中的應用主要是預應力或預制混凝土構件，例如輕質橋梁、海洋平臺、預制墻體、混凝土修復、城市家具及其他建筑應用。
..............
點擊下載全文：超高性能混凝土中用玻璃砂替代石英砂
