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(shù)玻璃在垃圾場(chǎng)做填埋處理，但這不合理，因?yàn)椴ＡП旧聿荒鼙簧锝到?，?duì)環(huán)境不友好。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)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(zhuǎn)換為混凝土的組分上來。對(duì)一些固體廢棄物再利用，不僅能節(jié)約資源和能源，還能改善混凝土的性能。玻璃顆粒磨細(xì)成最大粒徑小于75um的玻璃粉，可以發(fā)揮其火山灰活性，從而改善漿體的微觀結(jié)構(gòu)及混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度和耐久性。研究表明，玻璃粉的火山灰活性取決于其細(xì)度。相對(duì)于水泥水化而言，玻璃粉的火山灰反應(yīng)在早期進(jìn)行得很慢，但是后期的火山灰反應(yīng)會(huì)加速。另外，在磨細(xì)玻璃粉中并沒有觀察到堿-集料反應(yīng)[。
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(xì)集料使用。由于玻璃砂可以通過細(xì)化粒度來提高其結(jié)構(gòu)特性，在混凝土中用玻璃砂替代天然砂可以獲得更好的機(jī)械性能。Park等用30%的玻璃砂替代普通砂制得了抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉和抗折強(qiáng)度與傳統(tǒng)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(huì)顯著地影響強(qiáng)度。作者指出，些許的強(qiáng)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?yàn)椴Ａ暗奈氏鄬?duì)較低。在Turgut和Yahlizade關(guān)于生產(chǎn)鋪面板材的研究中發(fā)現(xiàn)，用玻璃砂替代20%的天然砂可以顯著提高抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。作者將這一結(jié)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(yàn)研究證明廢棄玻璃可以作為集料應(yīng)用于混凝土中，但是其應(yīng)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(yīng)（ASR）導(dǎo)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(yīng)生成的硅凝膠不僅因?yàn)榕蛎泴?dǎo)致開裂，也會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，縮短其使用壽命。Jin等發(fā)現(xiàn)，粒徑在1.18mm到2.36mm的玻璃砂產(chǎn)生的膨脹最大，而粒徑更大或更小時(shí)，則具有更小的膨脹量。Idir等發(fā)現(xiàn)，采用粒徑大于1mm的玻璃砂時(shí)會(huì)生成ASR凝膠，但是采用顆粒更細(xì)的玻璃砂時(shí)會(huì)因發(fā)生火山灰反應(yīng)而生成C-S-H凝膠。的確，當(dāng)玻璃砂的粒徑小于1mm時(shí)，顆粒周圍會(huì)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(yīng)的常規(guī)方法有采用低堿水泥、摻加摻合料、阻止水進(jìn)入混凝土以及對(duì)集料進(jìn)行改性。當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，可以顯著降低混凝土中玻璃砂導(dǎo)致的ASR膨脹。Lam等發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)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(xué)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(qiáng)度和延展性。超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度一般大于150MPa，抗折強(qiáng)度可以達(dá)到15MPa，彈性模量可達(dá)45GPa，可以實(shí)現(xiàn)最小的長(zhǎng)期徐變。超高性能混凝土可以抵抗凍融循環(huán)破壞和除冰鹽侵蝕而不會(huì)出現(xiàn)可見的損傷，而且氯離子幾乎不能滲透。這些優(yōu)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(zhì)性、優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)和摻入纖維實(shí)現(xiàn)。目前，超高性能混凝土在建筑中的應(yīng)用主要是預(yù)應(yīng)力或預(yù)制混凝土構(gòu)件，例如輕質(zhì)橋梁、海洋平臺(tái)、預(yù)制墻體、混凝土修復(fù)、城市家具及其他建筑應(yīng)用。
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