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第34卷第3期2023年9月广 西 科 技 大 学 学 报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.34No.3Sept.2023不同废玻璃掺量对透水混凝土的性能影响林书立，梁毅*，覃振林，周源芳，杨卿松（桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林541004）摘要：为探究废玻璃掺入透水混凝土中对透水混凝土性能的影响，以目标孔隙率、水胶比、玻璃砂率和粉煤灰掺量为因素设计不同因素水平的正交试验，并对试验结果进行了极差分析和方差分析。结果表明，透水混凝土的抗压强度、透水系数、有效孔隙率、保水性和降温性等性能影响因素主次顺序为：目标孔隙率玻璃砂率水胶比粉煤灰掺量。增加废玻璃的掺入量对透水混凝土的性能有明显的影响，抗压强度先增大后减小，透水系数降低。通过综合评价分析选出最优配合比：目标孔隙率为15%，水胶比为0.32，玻璃砂率为10%，粉煤灰掺量为10%，且各性能指标均满足规范与实际使用要求。适量掺入玻璃砂有效地提升了透水混凝土力学性能和降温性能，并保持良好的透水性能，为提高废玻璃回收利用率和缓解城市热岛效应的工程应用提供参考。关键词：透水混凝土；废玻璃；正交试验；保水性；降温性；综合分析中图分类号：TU528.581DOI：10.16375/45-1395/t.2023.03.0050引言城市化发展过程中会产生大量的固态废物，据联合国的相关统计，废玻璃在固体废弃物中的占比达到7%左右1。中国再生资源回收行业发展报告（2022）显示2，2021 年我国废玻璃产生量约为2.275107t，而废玻璃回收量约为1.005107t，回收利用率为44.2%左右，大量废玻璃未被回收利用，既造成资源浪费，又会给环境带来极大的负面影响。同时，在城市化的大背景下，海绵城市的建设在缓解城市内涝、区域水资源短缺、水污染加重等方面发挥了重要作用3。透水混凝土由于其孔隙众多，透水性和保湿性良好，能有效地渗透、补充地下水，减少雨水径流，降低热岛效应，是一种符合“海绵城市”理念的绿色建材4-6。因此，探索用废玻璃作为透水混凝土原材料不仅会带来显著的经济效益，而且会产生重要的社会效益。目前，国内外诸多学者已对废玻璃掺入混凝土或透水混凝土中对其性能影响进行了相关研究。Mallum等7-9研究发现：玻璃的性质与天然砂较为相似，将玻璃磨细取代混凝土的细骨料是可行的，在合理的取代范围内，能得到较好的抗压强度。金珊珊等10将废弃玻璃骨料掺入混凝土中可改善混凝土的工作性能。透水混凝土一般不含或含有少量的细骨料，具有多孔结构，以满足渗透性要求，较大的孔隙率将增加透水系数，但其强度会降低11-12。赵绍飞等13适当掺入细骨料砂可以在不影响透水系数的情况下提高透水混凝土强度。陈守开等14提出了废玻璃颗粒替代天然河砂后，可改善再生骨料透水混凝土的孔结构，并提高其强度性能。Lu等15在透水混凝土中掺入适量的废玻璃可获得较好的抗压强度和透水性能。综上所述，目前关于废玻璃掺入透水混凝土中对其性能影响的研究多集中于抗压强度和透水性能方面，对透水混凝土的保水性和降温性方面却鲜有研究。因此，对透水混凝土的保水性、降温性的研究十分必要。本试验针对透水混凝土强度偏低的问题，将废玻璃作为细骨料掺入透水混凝土中，探究废玻璃对透水混凝土各项性能的影响。选取目标孔隙率、水胶比、玻璃砂率、粉煤灰掺量为因素，并对各因素设置了4个水平进行正交试验。通过极差和方差分析来研究各因素对透水混凝土力学性能、物理性能的影响规律，并筛选出兼顾抗压强度和透收稿日期：2022-12-07基金项目：广西建筑新能源与节能重点实验室基金项目（桂科能22-J-21-18）资助第一作者：林书立，在读硕士研究生*通信作者：梁毅，硕士，教授，研究方向：新型材料结构，E-mail：第34卷广 西 科 技 大 学 学 报水性能的最优配合比。一方面可以提高废玻璃回收利用率；另一方面可为透水混凝土性能改善提供新途径，对相关的工程应用提供一定的参考。1试验1.1试验材料水泥：采用PO42.5级普通硅酸盐水泥；粗骨料：采用粒径为4.75 9.50 mm的天然碎石，测得其表观密度2 621 kg/m3；细骨料：由废弃玻璃瓶加工制成的玻璃中砂，细度模数2.66；粉煤灰：I级粉煤灰；水：自来水；减水剂：采用聚羧酸高效减水剂。1.2正交试验设计本试验采用正交试验方法进行配合比的设计，研究目标孔隙率、水胶比、玻璃砂率和粉煤灰掺量4个因素分别对抗压强度（fc）、透水系数（KT）、有效孔隙率、保水性和降温性的影响程度，从而寻找出具有较高强度和良好透水性能的最优配合比。试验选用L16（44）正交表进行试验设计，因素与水平如表1所示，配合比如表2所示。表1正交试验因素与水平水平1234因素A（目标孔隙率）/%10152025B（水胶比）0.260.280.300.32C（玻璃砂率）/%471013D（粉煤灰掺量）/%5101520表2正交试验设计及配合比组别1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#15#16#正交试验设计A1111222233334444B1234123412341234C1234214334124321D1234341243212143材料用量/（kgm-3）水泥506.99461.52419.48380.48376.19340.39398.80363.94284.88294.74304.10312.98248.48255.30204.34211.76石子1 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.621 537.62玻璃砂64.07115.73170.84229.76115.7364.07229.76170.84170.84229.7664.07115.73229.76170.84115.7364.07粉煤灰26.6851.2874.0295.1266.3885.1020.9940.4371.2252.0133.7916.4727.6113.4451.0937.37水138.75143.58148.05152.19115.07119.13125.93129.4092.5897.09101.36105.4271.7875.2576.6379.72减水剂5.345.134.934.754.424.254.194.043.563.463.373.292.762.692.552.491.3试件制备工艺试验采用水泥裹石法，根据表2的配合比称量材料。先将石子和玻璃砂加入混凝土单卧轴搅拌机中，加入50%的水预湿骨料并搅拌30 s；然后依次加入胶凝材料，再进行搅拌30 s；最后将剩余的水和减水剂加入搅拌机中，搅拌120 s后出料装模。采用振动成型法，为保证透水混凝土试件的强度和防止发生沉底现象，振动时间不宜过长，振动台振动控制时间为15 s。成型后的试件立即用保鲜膜进行包裹以防止水分蒸发。1 d后进行脱模，并放置在标准养护室（温度（202）、相对湿度95%）中养护至3 d、7 d、28 d。1.4试验方法抗压强度：选用100 mm100 mm100 mm立方体试件，按照我国 混凝土物理力学性能试验方30第3期林书立等：不同废玻璃掺量对透水混凝土的性能影响法标准（GB/T 500812019）16进行测试。透水系数：按照我国 透水水泥混凝土路面技术规程（CJJ/T 1352009）17附录A进行测试。有效孔隙率：按照我国 再生骨料透水混凝土应用技术规程（CJJ/T 2532016）18附录 A 进行测试。保水性：按照我国 透水砖（JC/T 9452005）19进行测试。降温性：9月初，将试件完全浸水24 h后，在室外自然状态下，从上午10点到下午4点，每隔1 h用红外线测温仪测量试件的表面温度，每次测量3组实验数据，取平均值20。2试验结果与分析2.1正交试验结果正交试验结果如表3所示。由表3可知：1）在不同龄期下，3 d和7 d抗压强度分别能达到其28 d抗压强度的60%和75%左右。这是因为透水混凝土内部为多孔结构，使得水泥能更迅速地发生水化反应，获得较高的早期强度。2）透水系数的范围是0.712.51 mm/s，均大于 0.50 mm/s，符合规范要求。3）有效孔隙率与目标孔隙率较为一致，且各组有效孔隙率均略低于目标孔隙率。造成该现象的原因是透水混凝土在拌制成型时，浆料填充必然会形成部分封闭孔隙，导致有效孔隙减少。4）保水性的范围是0.470.70 g/cm2，目标孔隙率大于10%的试件保水性均大于0.60 g/cm2，符合规范要求。降温性正交试验结果如表4所示。由表4可知，透水混凝土在各时间段的温度均低于普通混凝土和水泥路面。一方面是因为透水混凝土具有一定数量的孔隙，可保存一定的水分，使其温度降低；另一方面是因为玻璃材料本身导热系数较低，从而提高了试件的保温性能，导致温度变化较小。表3正交试验结果组别1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#15#16#抗压强度/MPa3 d14.1516.0715.1212.8111.019.7810.2410.9610.079.657.567.318.399.836.954.887 d16.3920.2017.7615.7313.9312.5212.7114.6713.1512.859.828.7911.0812.078.346.5728 d22.7126.6724.5720.1518.4417.5116.3420.5917.2216.1412.7911.9313.8214.7911.258.9128 d透水系数/（mms-1）1.121.010.890.711.581.571.431.461.731.711.871.812.442.482.472.51有效孔隙率/%9.939.719.349.1714.1814.3513.6813.3218.8318.3719.3918.8123.9424.2223.7324.36保水性/（gcm-2）0.580.540.500.470.670.660.610.620.650.620.680.670.680.690.690.70表4不同时刻降温性正交试验结果单位：1#2#3#4#5#6#7#8#26.526.426.226.326.526.426.226.229.329.329.129.028.829.128.628.739.239.138.938.938.738.638.538.542.642.342.141.942.442.541.942.040.440.240.240.139.639.439.239.435.235.035.135.034.834.834.434.635.034.934.734.734.634.534.334.4组别10：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0031第34卷广 西 科 技 大 学 学 报9#10#11#12#13#14#15#16#普通混凝土水泥路面26.326.226.526.125.926.126.126.226.927.828.628.328.628.528.027.827.928.030.333.538.538.438.538.338.238.238.338.440.542.342.142.042.141.841.641.641.741.843.946.538.838.939.038.838.738.838.738.741.543.934.434.534.634.534.434.434.434.336.138.534.134.034.233.833.733.933.934.035.637.0组别10：0011：0012：0013：0014：0015：0016：002.2极差分析2.2.1抗压强度