一种废弃玻璃砂浆及其制备方法

技术领域：

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种废弃玻璃砂浆及其制备方法。

背景技术：
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废玻璃是指不再使用或已被丢弃的玻璃、玻璃制品和玻璃纤维等玻璃物料，作为废弃垃圾填埋处理后其自然降解时间高达4000年，这种不可降解的特性将导致严重的环境污染。玻璃的主要成分为二氧化硅，具有一定程度的火山灰活性，因此作为潜在的辅助胶凝材料加入到混凝土中可实现废弃玻璃的资源化利用，具有重大的环保意义。近年来越来越多的学者研究废弃玻璃混凝土，但废玻璃的颜色、粒径、掺量等因素的差异都会影响混凝土的力学性能和膨胀风险(碱骨料反应)，因此对废弃玻璃混凝土的进一步研究具有重大的科研意义。

废弃玻璃具有一定的火山灰特性，能够作为水泥替代材料，改善混凝土的力学性能。但是，玻璃的硅氧四面体结构稳定，火山灰活性不易激发，因此需要寻找激活方法充分发挥其辅助胶凝作用。但同时也要对玻璃活性加以控制，不然会产生过量的有害膨胀。物理活化主要是通过机械力将废弃玻璃球磨至一定粒径范围，释放出活性物质，且一定粒径范围内的玻璃粉能够对asr膨胀起到较好的抑制作用。化学活化主要是向水泥体系中加入激发剂，但需要控制好玻璃粉与化学试剂的掺量，化学试剂过少将不能充分激发玻璃粉，如果过多将导致过量的asr膨胀。因此需要寻找一种合适的激活方法，以制备出性能优良的混凝土。本发明将化学试剂掺入砂浆中激活废玻璃粉，生成一种物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

技术实现要素：
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本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种废弃玻璃砂浆及其制备方法，该方法选用废弃玻璃粉，设计不同的比例取代标准砂，在水泥体系中加入水和化学试剂制成的混合溶液以研究和探索物理-化学联合活化对废弃玻璃活性和砂浆力学强度的影响。

本发明采用以下技术方案：

一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：0.8～1份；标准砂：1.575～2.025份；玻璃粉：0.225～0.675份；na2so4：0～0.06份；混合碱：0～0.06份；水：0.40～0.50份。

进一步的，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575-2.025份；玻璃粉：0.225-0.675份；na2so4：0-0.06份；混合碱：0-0.06份；水：0.47份。

进一步的，所述玻璃粉为废弃玻璃经物理研磨后得到，玻璃粉的平均粒径为75～300μm。

进一步的，所述混合碱为氢氧化钠和氢氧化钙的混合物，氢氧化钠和氢氧化钙的混合比例为1:1。

进一步的，所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，搅拌均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

进一步的，s1中，普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉混合后，搅拌200～300秒，混合均匀。

进一步的，s3中，干料组分a与混合溶液b混合后，进行搅拌400～500秒，混合均匀。

进一步的，废弃玻璃砂浆制备完成后，进行立方体轴心抗压强度测试、抗弯强度测试以及膨胀率测试。

进一步的，抗压强度测试将砂浆制成50mm*50mm*50mm的试块，抗弯强度测试将砂浆制成40mm*40mm*160mm的试块，膨胀率测试将砂浆制成25mm*25mm*280mm的试件。

本发明的有益效果：

1.废弃玻璃的再利用，目前大部分废弃玻璃主要处理方式是填埋，由于玻璃的不可降解，造成了严重的环境污染。玻璃的主要成分为二氧化硅，具有一定程度的火山灰活性，因此作为潜在的辅助胶凝材料加入到混凝土中可实现废弃玻璃的资源化利用，具有重大的环保意义；

2.本发明提供了一种合适的激活废弃玻璃方法；玻璃的硅氧四面体结构稳定，火山灰活性不易激发，不能充分发挥其活性。但释放出活性物质后，对废弃玻璃活性不加以控制，碱骨料反应将会产生过量的有害膨胀，这也是推广废弃玻璃混凝土应用的重要制约因素之一。因此探索出一种合适的激活方法：既能充分发挥废弃玻璃的活性，又能抑制asr反应带来的膨胀，具有重大的科研意义，也将推广废弃玻璃混凝土的应用；

3.本发明物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆的制备过程中，采用多种化学试剂，探究单掺和复掺对废弃玻璃活性和砂浆力学强度的影响，以寻找出最优组合和最优掺量，从而制备出性能优良的砂浆。

附图说明：

图1为本发明玻璃粉的sem图像；

图2为本发明实施例4力学试验破坏形态图；

图3为本发明实施例4抗折试验断面图；

图4为本发明实施例4废弃玻璃砂浆的sem图像。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.8份；玻璃粉(75微米)：0.45份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

实施例2

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.8份；玻璃粉(75微米)：0.45份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.04份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

实施例3

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.8份；玻璃粉(75微米)：0.45份；na2so4：0.04份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

实施例4

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575份；玻璃粉(75微米)：0.675份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

实施例5

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575份；玻璃粉(75微米)：0.675份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.04份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

实施例6

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.575份；玻璃粉(75微米)：0.675份；na2so4：0.04份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

实施例7

本发明提供一种废弃玻璃砂浆，所述砂浆以重量份数计包括以下组分：普通硅酸盐水泥：1份；标准砂：1.8份；玻璃粉(300微米)：0.45份；na2so4：0.02份；混合碱(氢氧化钠：氢氧化钙＝1:1)：0.02份；水：0.47份。

所述废弃玻璃砂浆的制备方法包括以下步骤：

s1、将普通硅酸盐水泥、标准砂、玻璃粉按照比例混合，搅拌200秒，混合均匀，得到干料组分a；

s2、将na2so4、混合碱和水按照比例混合均匀，得到混合溶液b；

s3、将s1制备的干料组分a倒入s2中制备的混合溶液b中，进行搅拌400～500秒，混合均匀，得到目标产物经物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆。

对比例

对比例砂浆的组成和含量为：普通硅酸盐水泥1份，标准砂2.25份，水0.47份，混合搅拌均匀。

试验例1

将实施例1～7与对比例所制备的砂浆进行抗压测试：

参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t50081-200)：

式中：

fcc—砼试块抗压强度(mpa)；

f—试件破坏荷载(n)；

a—试件承压压面积(mm²)。

测试步骤如下：

(1)试件放置在试验机前，将试件表面与上、下承压板面擦拭干净。

(2)以试件成型时的侧面为承压面，将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的中心与试验机下压板中心对准。

(3)启动试验机，试件表面与上、下承压板或钢垫板应均匀接触。

(4)试验过程连续均匀加载，加荷速度取0.5mpa/s。

试验例2

将实施例1～7与对比例所制备的砂浆进行抗折测试：

参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t50081-200)：

式中：

ft—砼试块抗折强度(mpa)，计算结果应精确至0.1mpa；

f—试件破坏荷载(n)；

l—支座间跨度(mm)；

b—试件截面宽度(mm)；

h—试件截面高度(mm)。

跨径取160mm，试件截面宽度和试件截面高度取40mm。

试验例3

将实施例1～7与对比例所制备的砂浆进行快速砂棒浆法测膨胀率实验：

根据《中华人民共和国铁道行业标准》(tb/t2922.5-2002)：

通过定期测量试件的长度，得到试件不同龄期的长度膨胀率：

式中：

εt—试件在第14d龄期的膨胀率(％)，精确至0.01％；

lx—试件在第14d龄期的长度(mm)；

l—试件在第0d龄期的长度(mm)；

δ—测头的长度(mm)。

本发明实施例1～7与对比例所制备的砂浆抗压测试、抗折测试和膨胀率测试结果参见表1。

表1

由表1可以看出，综合强度和耐久性能最优的是实施例4，按照实施例4方法得到的砂浆样品的28d抗压强度为35.33mpa，其破坏形态如图2；抗弯强度为8.97mpa，其破坏形态如图3；膨胀率为0.0654％。从试验结果看，砂浆样品实施例1的抗压和抗弯强度相比试验例1皆有增加，砂浆的膨胀率也低于规范阀值。从附图1可以看出，物理-化学联合激发后的玻璃粉颗粒表面的絮状胶凝物质产生的较多，说明玻璃粉得到了有效的激活，从而提高了砂浆的抗压抗弯强度。

对比实施例1、实施例7的试验数据，在化学试剂掺量相同的情况下，掺入75微米的玻璃粉比掺入300微米的玻璃粉，砂浆的抗弯抗压强度皆有提高，膨胀率也有所降低。说明将废弃玻璃球磨至一定粒径范围内，可以释放出更多的活性物质，同时也增大了比表面积，促进了二次水化反应，提高了砂浆的抗压强度，抑制了碱骨料反应的发生。

对比实施例1、实施例2，实施例4、实施例5的试验数据，在硫酸钠掺量为2％时，掺入4％的混合碱相比掺入2％的混合碱的砂浆试样，砂浆的抗压强度有所下降。虽然碱含量的提高使废弃玻璃结构解聚更加充分，有助于活性二氧化硅的溶解，增强火山灰反应，但同时过量的碱也会降低钙离子的浓度，对火山灰反应起到不利作用，抑制水化产物的形成，并可能在玻璃周围形成不均匀的胶体。对比实施例1、实施例3，实施例4、实施例6的试验数据，在混合碱掺量为2％的情况下，掺入4％的硫酸钠相比掺入2％的硫酸钠，砂浆试样的抗弯抗压强度均降低。这是由于加入较多的硫酸钠产生了过多的钙矾石，导致结构疏松，砂浆的抗压抗弯强度降低。

对比实施例1、实施例4，实施例2、实施例5的实验数据，在掺入化学试剂相同的情况下，增加玻璃粉的量，砂浆的抗弯抗压强度皆有提高，膨胀率也有所降低。这说明了合适掺量的化学试剂能使玻璃的活性充分发挥，且不会产生过多的碱骨料反应。

由试验例1～3可以看出，通过本发明方案所制备的废弃玻璃砂浆，抗压及抗折强度良好，砂浆的膨胀率也低于规范阀值，其中，实施例4所制备的砂浆综合强度和耐久性能最优。因此，通过本发明方法进行物理-化学联合激活的废弃玻璃砂浆的制备，实现了废弃玻璃的再利用，具有重大的环保意义。本发明设计合理，操作简单，实用性强。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。