玻璃骨料混凝土水泥砂浆的试验研究

王少鹏，毕 伟，刘品龙

（1.河北科技工程职业技术大学，河北邢台 054305；2.冀中能源邢台矿业集团有限责任公司，河北邢台 054000）

一、玻璃骨料水泥砂浆的特点

随着我国经济的发展，大规模基础建设工程的进行，混凝土、砂浆及其骨料的需求也正在变大，因此天然骨料开始出现短缺。天然砂石资源已经无法无节制地开采，而改变这一现状的有效办法就是寻找合适的替代品[1]；同时，城市中的废弃玻璃也随着城市面积和人口的增加而显著增加，因此在废旧玻璃排放量也在增加的背景下，设法将废弃玻璃替代天然砂石骨料来制作玻璃骨料混凝土，符合现有的绿色经济战略和可持续发展战略[2]。

本文主要研究不同的玻璃骨料替代天然细骨料做成的水泥砂浆基本性能的变化，以保证灌浆具有合适的流动度，可以灌进实际搭配出来的玻璃骨料模型中，也需要保证构建出来的玻璃混凝土具有一定强度。

二、原材料和试验方法

（一）试验原材料

（1）白水泥：（2）普通硅酸盐水泥：（3）碎玻璃：试验前期收集了钢化碎玻璃，通过破碎机，粉碎成粒径10 mm 以下，并通过筛分出粗骨料（5～10 mm）（如图1），和细骨料（0.15～5 mm)（如图2）。粗骨料用于构建透光混凝土模型，细骨料用来替代天然细骨料，试验玻璃骨料混凝土的机械性能。（4）减水剂：本实验中均采用聚羧酸减水剂。（5）二氧化锆：本试验中，加入二氧化锆使混凝土增加黏性和强度。（6）砂：试验均采用标准砂。（7）超细二氧化硅：本试验中，超细二氧化硅可作为透光玻璃骨料的一种，填充大粒径玻璃之间的空隙并可代替部分白水泥，以此尽可能增加透光几率。

图1 玻璃细骨料

图2 玻璃细骨料

（二）细骨料试验设计

1.设计原则

（1）采用白水泥，用碎玻璃替代部分天然细骨料。（2）采用普通硅酸盐水泥，用碎玻璃替代部分天然细骨料。（3）对比两种水泥在加入碎玻璃后，产生的工作性能变化。本试验所进行的碎玻璃混凝土配合比设计.是以空白对照组，本着等强度等级的原则，探究玻璃骨料混凝土是否可行以及与天然骨料的差别。由于玻璃和砂是两种不同的物质，它们之间的性质存在差异，所以当把破碎的废玻璃作为细骨料添加到混凝土中，会使混凝土的性能发生变化。本次试验采用等质量方法对细骨料进行取代，并且试验时所用的玻璃粒径大小与砂粒径大小相似[3]。本次试验的目的是为了测定玻璃混凝土的性质及其工作性能，为了便于与普通混凝土性能对比，本次试验共设计了多种取代率。

2.设计步骤

（1）基准混凝土配合比。根据试验需要的强度要求，先计算出理论所需配合比，然后根据理论的试验配合比进行试配，经过使用调整后，得出基准混凝土配合比。

（2）以得出的基准混凝土配合比为根据，得出碎玻璃骨料混凝土的配合比.按此配合比以及玻璃骨料的取代率，得出试验时天然骨料和碎玻璃骨料的试验使用数量。

（3）采用合适的玻璃细骨料级配，本试验采用连续级配。

（4）得出玻璃骨料混凝土配合比。根据计算的碎玻璃骨料混凝土配合比，按普通硅酸盐混凝土的调整的方式方法.来计算出用碎玻璃骨料混凝土配合比。同时根据制作透光混凝土的要求，将配合比应用于白水泥，经和易性调整后，得出白水泥的配合比。

为验证破碎后玻璃取代混凝土中细骨料的可行性及其工作性能，本次试验共考虑了5 种废弃玻璃骨料取代率，即0、5%、15%、25%、50%。分别用于研究碎玻璃骨料混凝土的性能。普通混凝土和碎玻璃骨料混凝土的配合比见表1。

表1 碎玻璃代替天然细骨料的碎玻璃混凝土配合比

（三）透光混凝土试验方法

（1）试验原则

①研究玻璃混凝土的透光特性。

②研究利用碎玻璃改善混凝土在光传输中的性能，提高结构性能，得到自然光。

③通过在其中使用玻璃骨料使混凝土部分透明以赋予结构良好的外观。

④找到水泥净浆在流动度、强度和透光度之间的平衡[4]。

⑤在添加大量脆性较大的碎玻璃的情况下保证透光混凝土的各种强度达标。

（2）试验方案

采用合适的级配，找出玻璃最大的堆积密度，在紧密堆积后，进行灌浆，使其达到透光的目的。具体实验步骤：

①找出最合适砂浆配比。

②制作不同直径碎玻璃为骨料的混凝土。

③找出合适的玻璃级配和最大堆积密度。

④找出强度与透光率最有实用价值的混凝土配合比。

（四）水泥净浆的配比及其各项性能

从制品强度的角度来看，应优先选择具有优良机械性能的混凝土基体，但作为节能建筑产品，应将透光性作为首要研究因素。为了追求高透光率，导光体分支更多，分支之间的间隙窄，混凝土中的粗骨料不能充分填充到导光分支之间的间隙，因此本文选用流动性较好的自密实砂浆作为基体[5]。如图3 所示。

图3 制备砂浆

表2 自密实砂浆配比及强度表

自密实砂浆的概念与自密实混凝土的概念非常相似。这种类型的砂浆可以填充到模板的每个角落而不借助振捣或震动，并且具有良好的均匀性。自密实砂浆的混合比对其流动性、抗偏析性、自填充性、浆料用量和体积稳定性有不同的影响。因此，在设计混合比时，需要综合考虑和选择上述各种特性[6]。

作为透光混凝土的主要强度来源，水泥净浆需要兼顾凝结后的抗折抗压强度、透光率以及流动度等问题。为增加其强度和净浆的粘稠度，使净浆与光滑的玻璃充分粘结，向其中添加二氧化锆[7]；为减少光在透光混凝土中的消耗，使用白水泥来做水泥净浆。其中每组试块皆使用1.2 粉体聚羧酸减水剂。

由上表可知，二氧化锆对水泥砂浆的抗折、抗压及流动度都有很大影响，其能显著增加试样的抗折强度、抗压强度，以及降低流动度。为了以后的实验，需要砂浆兼顾流动度与抗折抗压强度，故最终选出A-2、C-2 两种配比以后将进行实验。