下载文档原格式
用废玻璃改善混凝土高温性能的研究柯国军;柏纪平;杨卉;宋百姓【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2012(015)006【摘要】用0.15～5.00 mm废玻璃分别取代10％,30％,60％,100％(质量分数)天然砂和石灰石碎石来配制混凝土,测试混凝土试样300,400,600,900℃受热后的质量损失率、抗压强度和劈裂抗拉强度.结果表明:混凝土质量损失率随其受热温度的升高而增大；随着混凝土受热温度的不断升高,因混凝土内部缺陷增多和劣化不断加剧,混凝土强度不断降低；用废玻璃取代混凝土骨科有益于抑制混凝土内部的受热劣化,当废玻璃取代率为80％～100％时,对800～900℃受热混凝土的强度有较好的益化效果；废玻璃高温益化作用可以用混凝土强度保持率(P)、混凝土抗压强度保持率(Pc)-受热温度(t)回归方程斜率和废玻璃高温益化系数(δ)指标来表征,其中废玻璃高温益化系数表征效果最好.【总页数】6页(P841-846)【作者】柯国军;柏纪平;杨卉;宋百姓【作者单位】南华大学城市建设学院,湖南衡阳421001;格拉摩根大学高级技术学院,Pontypridd CF37 1 DL,UK;南华大学城市建设学院,湖南衡阳421001;南华大学城市建设学院,湖南衡阳421001【正文语种】中文【中图分类】TU528.0【相关文献】1.聚丙烯纤维对改善高强混凝土高温作用后劣化性能的研究 [J], 徐晓勇;马彦飞;石国柱2.纤维对混凝土高温性能改善作用的研究进展 [J], 石国星;王磊;赵燕茹;郝松;时金娜3.废玻璃混凝土高温性能研究综述 [J], 陈金平; 陈湘; 管相龙; 潘振升; 邵津琛4.废玻璃粉取代部分胶凝材料的混凝土基本性能研究 [J], 严桂凤;魏振巍;吴健雄;张亿龙;潘梓松5.高应变率下废玻璃粉混凝土动态压缩性能研究 [J], 曾泽强;甘元初;马宇昂;雷晴;谢水波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
废热锅炉在玻璃工业中的应用与技术研发在现代产业中，能源的有效利用和资源的可持续利用成为了一个重要的议题。
废热锅炉作为一种重要的能源回收设备，得到了越来越多行业的关注和应用。
本文将针对废热锅炉在玻璃工业中的应用与技术研发方向展开探讨。
玻璃工业是一个能源消耗较大的行业，生产过程中产生的大量废热一直以来都没有得到有效利用。
然而，废热锅炉的使用可以将这些废热转化为可再利用的热能，从而实现能源的可持续利用，降低能耗。
首先，废热锅炉的应用可以提高玻璃工业的能源利用效率。
在玻璃生产过程中，炉窑是一个重要的能源消耗设备。
在高温玻璃熔化过程中，大量的废热通过烟气形式排放到大气中。
利用废热锅炉，可以将这些烟气中的废热通过换热技术转化为热水或蒸汽，再次利用于玻璃熔化过程中。
这不仅能够显著减少能源的浪费，还能降低企业的生产成本。
其次，废热锅炉的应用可以改善玻璃工业的环境影响。
燃煤或燃气等能源被大量使用，不仅造成了环境污染，还加剧了能源短缺问题。
利用废热锅炉回收能源，可以减少燃料的消耗，降低碳排放和大气污染物的排放，达到环保减排的目的。
在废热锅炉在玻璃工业中的技术研发方面，有以下几个关键的方向。
首先，需要研究开发高效的废热回收与利用技术。
不同种类的玻璃生产工艺产生的废热温度和排放物有所不同，需要根据不同的应用情况选择合适的废热回收和利用技术。
例如，对于高温玻璃生产过程中烟气中的高温废气，可以采用传热效率较高的烟气余热锅炉进行能量回收；对于玻璃淬火过程中的冷却废热，可以采用热泵技术进行废热回收。
其次，需要推动废热锅炉与玻璃熔炼设备的整合与优化。
废热锅炉的应用需要与炉窑等玻璃熔炼设备紧密结合，实现能源的高效利用。
通过对炉窑和废热锅炉之间的热能传输和控制进行优化，可以提高废热回收的效率，降低燃料消耗。
此外，废热锅炉在玻璃工业中的应用还需要考虑与其他能源回收设备的协同工作。
例如，与余热发电设备、燃气脱硝设备等结合，形成能源回收的系统，进一步提高能源利用效率，减少废弃物的产生。
《利用废岩棉和废玻璃制备泡沫玻璃的工艺及其性能实验研究》一、引言随着科技的进步和人类对资源需求的日益增长，如何有效地利用废弃物成为当前环境保护和资源循环利用的重要课题。
本文针对废岩棉和废玻璃这两类常见废弃物，探讨其制备泡沫玻璃的工艺流程及其性能研究。
该研究不仅为废旧材料的再利用提供了新的途径，同时也为推动绿色环保、循环经济提供了有力的技术支持。
二、工艺流程1. 材料准备本实验所需的主要材料为废岩棉和废玻璃。
其中，废岩棉主要来源于建筑拆除、工业生产等过程产生的废弃物；废玻璃主要来源于生活垃圾中的玻璃制品。
2. 破碎与筛分将废岩棉和废玻璃进行破碎，使其成为较小的颗粒。
然后通过筛分，将颗粒大小控制在一定范围内，以便于后续的熔炼过程。
3. 熔炼与发泡将破碎筛分后的废岩棉和废玻璃颗粒进行高温熔炼。
在熔炼过程中，通过添加适量的发泡剂，使熔融体产生大量的气泡，从而形成泡沫玻璃。
4. 冷却与成型将发泡后的熔融体进行快速冷却，使其固化成型。
在冷却过程中，可通过调整冷却速度和温度梯度，控制泡沫玻璃的孔隙率和密度。
5. 性能检测与加工对制备好的泡沫玻璃进行性能检测，如抗压强度、抗折强度、耐热性等。
根据实际需求，对泡沫玻璃进行切割、打磨等加工，以满足使用要求。
三、性能实验研究1. 实验方法本实验采用正交试验法，通过改变发泡剂种类、发泡温度、保温时间等因素，探究各因素对泡沫玻璃性能的影响。
同时，通过扫描电镜、X射线衍射等手段，对泡沫玻璃的微观结构和性能进行表征。
2. 实验结果与分析（1）发泡剂种类对泡沫玻璃性能的影响：实验发现，不同发泡剂对泡沫玻璃的孔隙率、密度和强度等性能有显著影响。
其中，某类发泡剂制备的泡沫玻璃具有较高的孔隙率和较低的密度，同时具有较好的抗压强度。
（2）发泡温度对泡沫玻璃性能的影响：发泡温度是影响泡沫玻璃性能的重要因素。
随着发泡温度的升高，泡沫玻璃的孔隙率逐渐增大，密度降低。
然而，过高的发泡温度可能导致泡沫玻璃结构不稳定，影响其性能。
玻璃材料的热力学行为和结构特性随着科学技术的不断发展，人类创造了许多种类的材料，其中玻璃材料是一种非常特殊的材料，它不仅具有透明度、硬度和高温稳定性等特性，同时还具备了独特的热力学行为和结构特性。
在这篇文章中，我们将深入探讨玻璃材料的热力学行为和结构特性。
热力学行为热力学是研究物质热力学性质的学问，其中包括热力学系综论、相变、物态方程、热力学循环等。
在玻璃材料的热力学行为当中，其最为突出的特点是其楼梯状的热容曲线。
简单来说，热容曲线描述了一种物质在加热过程中能量吸收的情况。
通常情况下，物质中的分子在加热时会逐渐分散，这意味着它们可以容纳更多的热量，因此所对应的热容曲线呈现出曲线状。
然而，与大多数物质不同的是，玻璃材料的分子结构在加热时并未发生变化，因此其热容曲线呈现出楼梯状，其中每一个台阶代表了分子数量的增加。
结构特性除了其独特的热力学行为之外，玻璃材料还具有许多结构特性，主要表现在它的晶体结构、玻璃转移温度、热膨胀系数等方面。
首先是晶体结构，玻璃材料在结构上与晶体材料有很大的差异。
晶体中的原子或分子排列具有规律性、周期性和重复性，而玻璃则是没有规律性或周期性的。
这种没有规律性的结构使得玻璃材料表现出高度的非晶态特性，包括高度的可塑性、韧性和可加工性等。
其次是玻璃转移温度，也称为玻璃化转变温度。
这是一种物理现象，当物质达到了特定的温度时，其粘度会急剧增加，甚至达到固体水平。
这使得玻璃材料在高温下也能够保持较高的硬度和强度，同时还具备了高温稳定性。
最后是热膨胀系数，这是物质在温度变化时由于热膨胀引起的尺寸改变的比例。
相对于金属和其他晶体材料，玻璃的热膨胀系数很小，这使得它在高温环境下仍能够保持稳定，不会出现热膨胀不均匀的问题。
总结综上所述，玻璃材料具有独特的热力学行为和结构特性，在当前的工业和科学领域中具有广泛的应用。
虽然玻璃材料的热力学行为和结构特性非常独特，但仍有许多挑战需要解决，如如何提高其热稳定性、降低制造成本等。
废玻璃建筑材料研究１废弃玻璃在建筑材料中应用１．１废弃玻璃在混凝土应用玻璃混凝土指在沥青或水泥混凝土中将破碎的废玻璃替代部分集料而成的混凝土。
混凝土是全球消耗最大的建筑材料，广泛用于桥梁、建筑、道路等行业。
废玻璃代替部分集料不仅使废弃资源得到最大化利用，而且使工程造价大大降低，大约节约２０％～３０％的费用。
因此将废玻璃用于建筑材料中是最直接且最高效的回收利用废玻璃的方法。
玻璃具有很高的硅含量和非晶特性，是一种非常有前景的胶凝材料。
许多研究者已经将废玻璃掺入于水泥和混凝土中，如作为生产硅酸盐水泥的骨料，或作为惰性填料代替部分硅酸盐水泥。
刘光焰等人研究表明经过破碎的废玻璃具有天然砂的物理性能，将碎玻璃掺入混凝土中代替部分天然沙，当取代率在２５％以下时混凝土强度与未掺废玻璃水泥混凝抗压强度相当。
查晓雄等人将废玻璃直接应用到钢管混凝土构件中，研究结果表明，玻璃混凝土中碱－硅酸膨胀反应对于钢管混凝土的承载能力的提高具有显著作用，废玻璃能取代混凝土中的粗细骨料将其应用于钢管混凝土是可行的。
但是，据已有的研究表明玻璃中含有大量的碱和活性ＳｉＯ２。
废弃玻璃作为玻璃骨料应用到混凝土中，会发生碱—硅酸反应，大多数都会引起碱—硅酸膨胀危害，影响混凝土强度。
据国内外文献报道。
当玻璃骨料粒径小于某一值时，可以有效减轻碱—硅酸反应。
据报道，钠钙玻璃粒径小于３００μｍ时，可以安全地掺入混凝土中。
大尺寸的玻璃骨料容易触发碱—硅酸反应而在混凝土中产生微裂纹。
因此，将废弃玻璃破碎成玻璃粉后掺入混凝土中，不仅可以减少水泥用量，还可以有效地减轻碱—硅酸反应。
玻璃是无定型的非晶态材料，含有大量的活性ＳｉＯ２，经破碎磨细到一定程度时，会表现出一定的火山灰活性。
ＮａｔｈａｎＳｃｈｗａｒｚ等人指出，玻璃粉火山灰活性比粉煤灰活性高，并且掺有玻璃粉的混凝土试件抗压强度较掺粉煤灰试件抗压强度高。
王丹等人认为掺有废玻璃微粉混凝土电导率以及对应混凝土内部水泥水化程度比掺粉煤灰混凝土高，可通过玻璃粉的火山灰活性作用改善混凝土微观结构，提高对应混凝土力学性能。
[收稿日期]20060325 [作者简介]柯昌君(1964),男,1987年大学毕业,副教授,博士生,现主要从事土木工程材料和生态环境材料的研究工作。
蒸压条件下废玻璃的水热特性研究 柯昌君,龚 平 (长江大学城市建设学院,湖北荆州434023)[摘要]利用X 射线衍射分析、扫描电子显微镜、红外光谱、力学性能等方法研究了不同蒸压条件下废玻璃石灰系统的强度。
结果显示,不同细度废玻璃粉石灰蒸压制品的强度有较大差异,废玻璃粉用作蒸压制品存在最佳细度。
废玻璃粉氢氧化钙系统的主要产物为含钾、钠的水化硅酸盐(Ca ,Na 2,K 2)2S i 4O 10・3H 2O ,它的出现表明系统中K +和Na +并不能循环使用下去。
蒸压处理16h 后形成结晶良好的水化产物,但其蒸压制品强度会下降,其原因是结晶差的水化硅酸盐大量形成、试样内部疏松结构与致密结构的分离而出现大量微裂纹造成的。
[关键词]蒸压条件;废玻璃;含钾、钠的水化硅酸钙[中图分类号]TQ17119[文献标识码]A [文章编号]16731409(2006)02009505在各国的城市垃圾中及玻璃工厂每天都有大量的各种废玻璃产生。
将废玻璃作为一种资源,用以生产人们所需要的产品,正在引起人们的关注[1]。
在水泥混凝土中,含钾、钠等碱金属离子的盐类在溶液中容易盐析,产生泛霜。
若存在活性骨料,系统中的钾、钠等碱金属离子参与碱集料反应,可能导致混凝土结构的破坏。
因此,国家标准对硅酸盐水泥中碱含量有明确的规定。
在蒸压条件下,碱金属氢氧化物能使CaO 2SiO 22H 2O 体系中长链[SiO 4]结构解聚[2～4]。
而在水热条件下,NaO H 在SiO 22Ca (O H )22H 2O 蒸压系统中起着催化剂的作用,加速了SiO 2的溶解。
为了充分利用废玻璃以及进一步研究碱金属离子对蒸压硅酸盐制品性能的影响,笔者选用钠硅玻璃作为原材料,利用X 射线衍射分析、扫描电子显微镜、红外光谱、力学性能等方法研究了不同蒸压条件下废玻璃的水热反应特性。
1 原材料1)废玻璃 将收集的废钠玻璃磨细至200,240和300m 2/kg 等3个不同细度,密封备用。
其化学成分和矿物组成如表1所示。
玻璃的主要矿物为大量的玻璃相。
图1为废玻璃的X 射线衍射图。
表1 废玻璃和石灰的化学成分原材料SiO 2Al 2O 3CaO Fe 2O 3MgO K 2O Na 2O SO 3TOL 废玻璃6812113861351143214201459120014989192石 灰2141018853145017411470114-211661125图2中曲线1为废玻璃的红外光谱图。
图中存在3个主要吸收峰:1039、778和473cm -1。
1039cm -1吸收峰为Si —O 键的伸缩振动峰;778cm -1吸收峰为Si —O 弯曲振动,或弯曲的Al —O —Si 键中氧振动[5],在该位置振动的Al 存在形式为AlO 4;620cm -1处很弱的的吸收峰与Al —O —Si 键相关;473cm -1吸收峰归属于Si —O 键的弯曲振动。
2)石灰 有效CaO (重量)含量为49148%,化学成分如表1所示,主要矿物为Ca (O H )2以及少量CaCO 3。
2 结果与讨论211 不同C/S 比废玻璃粉蒸压制品的强度将不同细度的废玻璃粉与石灰混合均匀,加水搅拌(水固比0120),压力成型,静停16h 后,在・59・长江大学学报(自科版) 2006年6月第3卷第2期理工卷Journal of Yangtze U niversity (N at Sci Edit) J un 12006,Vol 13No 12Sci &E ng V图1 废玻璃的X 射线衍射图 图2废玻璃石灰蒸压试样的红外光谱图 图3 不同C/S 比废玻璃蒸压制品的强度112M Pa 饱和蒸汽压下蒸压6h ,其强度如图3所示。
图3中显示,不同细度的废玻璃蒸压试件强度在较低钙硅比(C/S 比)时,强度增长;在C/S 比为0125～0135范围内强度达到最大值。
随后,随着C/S 比的继续增加,。
3种不同比表面积S 的废玻璃强度差异为:比表面积为240m 2/kg 的制品强度最大,增大C/S 比,强度下降缓慢;比表面积为200m 2/kg 的制品强度其次,增大C/S 比,强度下降迅速;比表面积为300m 2/kg 的制品强度较低,增大C/S 比,强度下降较慢。
这一结果显示,废玻璃用作蒸压材料时,废玻璃粉的比表面积对制品性能的影响很大,存在一个最佳的细度范围。
图4 蒸压条件下废玻璃粉石灰系统X 射线衍射图212 废玻璃粉蒸压试样的水化产物分析图4是C/S 比为0129、比表面积为300m 2/kg 废玻璃粉石灰试样在112M Pa 饱和蒸汽压下蒸压6h 后的X 射线衍线图。
从图4可以看出,废玻璃粉原来的大面积弥散峰中出现了很多尖锐的衍射峰,出现含钾、钠的水化硅酸盐产物Mountainite (Ca ,Na 2,K 2)2Si 4O 10・3H 2O 的衍射峰。
蒸压条件下,碱金属氢氧化物能使CaO 2SiO 22H 2O 体系中长链[SiO 4]2-结构解聚。
普遍认为,在水热条件下,NaO H 在SiO 22Ca (O H )22H 2O 蒸压系统中起着催化剂的作用,通过下列反应加速了SiO 2的溶解[2～4]: SiO 2+NaO H →Na 2SiO 3+H 2O Na 2SiO 3+H 2O →H 2SiO 3+NaO H 含钾、钠的水化硅酸盐产物Mountainite (Ca ,Na 2,K 2)2Si 4O 10・3H 2O 的衍射峰的出现,表明K +和Na +进入水化硅酸钙结构内,不可能作为催化剂循环使用。
将图4试样进行红外光谱分析,如图2所示(曲线2)。
试样蒸压反应后,1039cm -1吸收峰消失,蒸压处理后废玻璃粉的强吸收区Si —O 伸缩振动峰变尖变窄,并在1001cm -1处出现新的吸收峰,表明有新的硅酸盐矿物形成。
778cm -1吸收峰明显减弱。
玻璃中620cm -1吸收峰消失,说明在该位置振动的[AlO 4]所对应物相参与了反应。
出现了2个新的弱峰,682cm -1吸收峰和590cm -1吸收峰。
473cm -1吸收峰消失,在456cm -1和442cm -1分裂出两峰,归属于Si —O 的弯曲振动。
新出现微弱的3640cm -1吸收峰归属于羟基的伸缩振动,与试样中残余Ca (O H )2有关。
3468cm -1归属于结晶水的伸缩振动谱带,・69・ 长江大学学报(自科版)2006年6月1653cm -1归属于结晶水的弯曲振动谱带。
与含钾、钠的水化硅酸盐Mountainite 的(Ca ,Na 2,K 2)2Si 4O 10・3H 2O 形成有关。
1436cm -1吸收峰归属于CaCO 3的振动。
它的存在与石灰中CaCO 3杂质的引入有关。
213 不同蒸压制度下废玻璃粉石灰系统的水热反应研究将比表面积为300m 2/kg 的玻璃粉按0129的C/S 比与石灰混合均匀,加水搅拌,压力成型,静停16h 后,在不同蒸压制度下蒸压处理,其抗压强度如图5所示。
图5 不同蒸压制度下废玻璃粉蒸压制品的抗压强度图5(a )为不同饱和蒸汽压下蒸压处理6h 后废玻璃粉试样的强度。
在试验范围内,随着饱和蒸汽压的增加,蒸压试样的强度明显提高。
图5(b )为在112MPa 饱和蒸汽压下蒸压处理不同时间的废玻璃粉试样的强度。
废玻璃粉在112MPa 的饱和蒸汽压下蒸压处理1h 时,试件强度超过20MPa 。
随着蒸压时间的延长,废玻璃蒸压制品的强度继续快速增长。
蒸压时间为6h 后,试件强度增长缓慢。
蒸压时间延长至16h ,制品强度略有下降趋势。
利用盐酸蔗糖法测定不同蒸压时间试样的残余有效CaO 含量,如图6所示。
112M Pa 饱和蒸汽压下蒸压1h 后,系统中掺入的Ca (O H )2,大部分参与了反应。
蒸压处理16h 后,加入的Ca (O H )2以有效CaO 计,还有大于2%的CaO 没有消耗掉。
图7为不同蒸压时间废玻璃粉试样结合水量的变化情况。
随着蒸压时间的延长,结合水量不断增加。
随着蒸压时间延长,废玻璃粉分蒸压试样的结合水量与其蒸压制品表现出的强度规律并不一致。
图6 废玻璃粉石灰蒸压系统的C aO 消耗情况 图7 不同蒸压时间废玻璃粉试样结合水量的变化图8为C/S 比为0129,蒸压处理时间分别为2h 和16h 试样的X 射线衍射图。
与图3中在112MPa 蒸压6h 的X 射线衍射图相比可知,随着蒸压时间的延长,其主要水化产物,含钾、钠水化硅酸盐(Ca ,Na 2,K 2)2Si 4O 10・3H 2O 的衍射峰明显增强。
蒸压处理16h ,极其微弱的托勃莫来石T1113nm 衍射峰・79・第3卷第2期柯昌君等:蒸压条件下废玻璃的水热特性研究 图8 不同蒸压时间废玻璃粉试样的X 射线衍射图出现。
图9为废玻璃粉不同蒸压时间试样的SEM 照片。
试样蒸压2h 后,出现大量结晶度差的水化产物,如图9(a )所示。
同时存在少量卷叶状的水化产物,如图9(b )所示。
蒸压时间为16h 时,废玻璃粉蒸压试样中依然存在大量结晶差的水化产物,有结晶好的托勃莫来石出现(如图9(c ))。
X 射线衍射图可知,蒸压处理16h 后仍有大量的水化硅酸盐(Ca ,Na 2,K 2)2Si 4O 10・3H 2O 存在,可以认为,废玻璃粉蒸压制品经过较长时间蒸压后强度下降的原因不是因为水化产物中结晶差的水化产物向结晶好的水化产物转化的结果。
为什么水化产物不断增加,制品强度出现下降趋势?玻璃中Na +等网络改变离子氧化物的出现,引入一定数量的氧离子,存在下述变化过程: =Si -O -Si ≡+Na 2O →≡Si -O -Na+Na +O --Si ≡图9 不同蒸压时间的废玻璃粉试样的扫描电镜照片Si —O —Si 网络中的桥氧被切断而出现非桥氧,Na +位于被切断的桥氧附近的网络外间隙中。
显然,钠硅酸盐玻璃的这一结构决定了它具有很高的水热反应活性。
在蒸压条件下,废玻璃粉石灰系统在水热反应初期,玻璃细小颗粒中SiO 2和Al 2O 3以及碱金属K +和Na +溶出,在骨料之间的液相环境中与Ca (O H )2中溶出的Ca 2+发生反应形成含钾、钠的水化硅酸钙(Ca ,Na 2,K 2)2Si 4O 10・3H 2O 。
・89・ 长江大学学报(自科版)2006年6月在Ca 2+存在的条件下,反应继续进行。
玻璃颗粒随着无定形Al 2O 3和SiO 2的不断溶出而减小,颗粒之间的距离加大。
如同某些材料盐析后出现材料结构疏松一样,碱金属离子以及SiO 2、Al 2O 3的溶出,使得玻璃颗粒的结构逐渐疏松。
