泡沫玻璃制备轻骨料混凝土的试验研究

刘辉，王松亮，李丹丹

（1. 响水中联水泥有限公司，江苏 盐城 224600；2. 徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221100）

0 前言

玻璃作为一种应用极其广泛的材料，其物理化学性能稳定，但其废弃物难以通过自然循环降解，因此废弃玻璃的回收再利用越来越被人们所重视。泡沫玻璃作为一种绿色节能环保材料，是以废弃玻璃为原材料，粉磨后加入适量发泡剂，再经过一系列工序而制成的特种玻璃材料；因其具有密度小、保温隔热性能好等特点，多用于建筑外墙和屋面保温等工程领域[1,2]。

泡沫玻璃是多气孔蜂窝状的轻质材料，内部充满微小均匀的气孔，其密度范围在 100～600kg/m3[3]。以颗粒状泡沫玻璃为骨料，代替天然浮石、人工陶粒等材料配制轻骨料混凝土用于外墙保温，可发挥泡沫玻璃的保温性能，拓展其应用范围。

1 原材料

（1）水泥：淮海中联 P·O42.5 水泥，标准稠度需水量比 27.7%，28d 抗压强度 50.6MPa。

（2）粉煤灰：国华Ⅰ级灰，45µm 方孔筛筛余6.4%，28d 活性指数 76%。

（3）天然河砂：细度模数 2.5，含泥量 1.2%。

（4）外加剂：苏博特PCA-1减水剂，减水率19.8%。

（5）水：市政自来水。

（6）陶粒：公称粒径 5～20mm 人工粉煤灰陶粒，堆积密度 537kg/m3，筒压强度 2.3MPa，1h 吸水率16.2%。

（7）废弃瓶罐玻璃作为泡沫玻璃原料，CaCO3作为发泡剂。

2 试验方法

以废弃瓶罐玻璃为原料，粉磨后取样进行检测，粉料比表面积 102m2/kg，化学成分见表 1。将发泡剂磨细到与玻璃粉料细度一致，按不同掺量与玻璃粉料混合均匀，以 30～40℃/min 的升温速度升温至 770℃[4]，进行发泡试验并检测试验结果。

表 1 玻璃粉料化学成分 %

选用试验检测结果较好的掺配比例制作成泡沫玻璃颗粒，取代陶粒配制强度等级为 LC15 的轻骨料混凝土，检测混凝土性能并与陶粒混凝土对比。试验所用配合比如表 2 所示。检测试验参照 JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》及 GB/T 50080—2016《普通混凝土力学试验方法》执行。

表 2 试验用 L C 1 5 轻骨料混凝土配合比 k g/m3

3 试验结果及分析

3.1 泡沫玻璃发泡过程检测结果

采用 CaCO3作为发泡剂时，其掺量为玻璃质量的1%～2%[4]。将不同掺量发泡剂与玻璃粉料混合均匀后进行发泡试验，试验结果如表 3 所示。

从表 3 可以看出，泡沫玻璃内的气泡数量随着发泡剂掺量增加而增加， 当发泡剂掺量为 1.5% 时效果最佳；发泡剂掺量一定时，随发泡时间延长，泡径逐渐增大，发泡时间在 15～20min 时发泡效果较好。

采用 CaCO3作为发泡剂时，CaCO3与玻璃粉料中的SiO2反应生成 CO 和 CO2气体[4]，发泡剂掺量较少时反应生成的气体量较少，玻璃熔液中气泡数量不足；掺量过多时，CO 和 CO2气体大量生成，单位体积内气泡数量过多，气泡相互结合，出现大气泡和连通气泡。

表 3 不同掺量发泡剂发泡试验结果

发泡时间的长短会影响气泡大小和泡径的均匀性。发泡时间过短将造成气泡无法充分长大，泡径较小；若发泡时间过长，则造成气泡泡径过大，会使玻璃熔液的导热性能变差，温度分布不均匀，影响气泡泡径的均匀性[5]。

3.2 颗粒状泡沫玻璃作为轻骨料配制混凝土性能检测结果

将 1.5% 掺量 CaCO3与玻璃粉料均匀混合，以 30～40℃/min 的升温速度升温至 770℃，发泡 15～20min，制作成粒径 5～20mm 的颗粒状泡沫玻璃作为轻骨料，性能如表 4 所示。

表 4 泡沫玻璃轻骨料性能检测结果

如表 4 所示，泡沫玻璃轻骨料与陶粒相比，堆积密度较小而筒压强度更高，尤其 1h 吸水率下降明显。泡沫玻璃是多气孔材料，但泡沫玻璃内部的气孔是封闭的；浸入水中后仅颗粒表面与空气连通的气孔吸水，而颗粒内部的封闭气孔不吸水，且玻璃本身也并不吸水，故泡沫玻璃作为轻骨料，其吸水率较陶粒小的多。

泡沫玻璃与陶粒分别作为轻骨料配制 LC15 轻骨料混凝土，检测混凝土的性能，结果如表 5 所示。

表 5 轻骨料混凝土性能检测结果

结果表明：采用泡沫玻璃代替陶粒后，混凝土的干表观密度降低，28d 抗压强度上升，48h 吸水率明显下降。混凝土表观密度降低使建筑物的自重减轻，可适当降低柱子的截面尺寸和梁板的钢筋用量，明显降低建设成本。陶粒因吸水率高，使用前须进行洒水预湿，增加了使用难度；泡沫玻璃吸水率低，可以改善生产流程，降低生产成本[6]。

4 结论

（1）用废弃瓶罐玻璃为原料，粉磨后掺入 1.5% 的CaCO3作为发泡剂，以 30～40℃/min的升温速度升温至770℃，发泡 15～20min，可以制备发泡良好、气泡分布均匀、泡径适中的泡沫玻璃。

（2）将泡沫玻璃制作成粒径 5～20mm 的颗粒，可以替代陶粒作为轻骨料配制轻骨料混凝土。与陶粒相比，泡沫玻璃颗粒配制的轻骨料混凝土干表观密度与吸水率更低，抗压强度更高。

[1] 蒋文玖．废弃玻璃的回收再利用[J]．建筑工业信息，2003,(9): 39-40．

[2] 王玉玲．泡沫玻璃及其应用[J]．科技信息，2007,(25): 48．

[3] 翁观清．泡沫玻璃生产应用研究[J]．广东建材，2011,(11): 95-98．

[4] 孙永泰．用废玻璃生产泡沫玻璃的研究[J]．粉煤灰，2015,27(1): 31-32．

[5] 高淑雅．利用废玻璃制备微晶泡沫玻璃[J]．陕西科技大学学报，2005,23(6): 61-64．

[6] 徐源，潘景秋．浅谈轻骨料混凝土[J]．才智，2010,(22): 36．