铸造水玻璃废砂在盐冻混凝土再利用中的应用研究

李鹏飞，刘文斌

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 07500；2.张家口市机场建设发展有限公司，河北 张家口 0750000)

由于氯化钙融雪剂价格低廉并且冰点低是目前北方寒冷地区冬季抛洒融化冰雪最广泛的做法。但氯化钙在快速融化冰雪、保证交通畅达、安全的同时，也带来很大的负面影响，比如加快道路老化、影响绿化植物生长等。虽然减少用盐量已成为世界趋势，但目前国内外冬季公路养护还不得不继续撒盐。伴随着我国经济的快速发展，我国公路的建设突飞猛进，根据交通运输部《交通运输行业发展统计公报》，我国公路总里程由2010年的400。8万公里增加到2015年的457。7万公里，至2030年，预计我国公路网总规模将达到580万公里，其中水泥混凝土路面里程能占到30%～40%，受盐冻损害的废弃混凝土的量巨大。盐冻混凝土的特点是抗拉强度、抗折强度、耐久性差。而在我国的铸造业中，90%以上的都是砂型铸造，而且铸件的年产量高达1000万吨，砂的循环利用非常重要，但是砂在循环利用后还是会产生很多的废砂，我国每年废弃的砂料多达1000万吨，生产一吨铸件就要有一吨新砂的补充，也会产生一吨的废砂。如今，除了极少数的废砂可以回收利用，大多数废砂都被企业丢弃，对环境产生了很大的负面影响。所以，废砂的处理和利用非常的必要，废砂可以作为一类新型的材料，重新运用在新的工程中，但是在实现废砂的循环利用中，消耗的资金非常巨大，而且能耗大，再生砂的各项性能也不能得到保障。在本次分析中，对水玻璃废砂作为混凝土的集料进行分析，可以节约天然的集料改善盐冻混凝土的性能。

1 试验原料及仪器

原材料选用普通硅酸盐水泥，粗骨料分别选择5-25毫米碎石和盐冻混凝土块体，细骨料选择天然河砂，废砂选用铸造公司粉碎的铸造废砂，外加剂选用JC-4缓凝高效减水剂。试验的仪器主要有荧光分析仪和半定量分析测量软件，运用X射线管检测废砂中的主要成分。

2 试验方法

将混凝土的强度设计成C40，基准试样的编号为S0，废砂混凝土的实验分成两个不同的部分，其一是运用废砂代替20%、40%和60%的河砂，设计试样的编号为S1，S2和S3，其二运用废砂完全的代替河砂，试样的编号设计为SF，每个试样都有五组，混凝土的配合比如表1所示。

表1 废砂混凝土配合比

3 混凝土的坍落度对比

表2 不同试样的混凝土的坍落度对比

通过对表2的数据分析，可以看出废砂在混凝土中的含量越高，混凝土的流动性能越低，在采用废砂完全代替天然砂时，其流动性也会下降，造成这类问题的原因主要在于废砂的粒径比较小，而且在混凝土中应用会产生较大的表面积，而且吸附水泥的效果比较好，并且其本身的吸附性也比天然砂的效果好，所以，在进行混凝土的配置中，采用水玻璃废砂，要确保其流动性完好，应该提高水灰比，或者采用减水剂。

4 混凝土立方体抗压强度

表3 废砂石子混凝土立方体抗压强度分析

通过对表3的数据进行分析，废砂在混凝土中的含量越高，混凝土立方体试件的抗压能力在下降，而且当废砂的含量在40%以上时，混凝土的强度降低非常快，强度比S0试样低10%以上。

通过对混凝土立方体强度降低的主要原因进行分析，造成这类问题的主要原因在铸造的过程中，受到铸造工艺的影响，铸造废砂在表面上会形成一层硅酸钠，这层膜具有惰性特征，而且这些物料的黏结能力非常差，不能与骨料结合在一起，所以混凝土的强度降低。

表4 废砂盐冻再生混凝土立方体抗压强度分析

通过对表4的数据进行分析，废砂在盐冻再生混凝土中的含量越高，混凝土立方体试件的抗压能力在下降，但降低程度较小，而且当废砂的含量在40%以上时，混凝土的强度降低也不快。分析原因是水玻璃铸造废砂的表层有一层膜，这层膜具有惰性特征，构成这层膜的主要成分是水玻璃胶体，这层膜的表面还含有大量的碳酸钠和碳酸氢钠，粗骨料改为盐冻混凝土碎块后，除冰盐中的主要成分氯化钙和硅酸盐会发生复分解反应，产生白色晶体就是CaSiO3。化学反应方程式：Na2SiO3+CaCl2 = CaSiO3↓+2NaCl破坏了废砂中的表面惰性膜，使混凝土强度得到提升。废砂表面的玻璃胶体发生了溶解，形成了含有钠元素的水玻璃溶液，这种溶液可以与水泥产生化学反应，生成硅酸钙胶体。在化学反应中，大量的氢氧化钠会进一步的促进水泥的水化，使混凝土的强度进一步提升。

5 结语

铸造后产生的废砂和氯化钙除冰盐破坏的废弃水泥混凝土路面对环境产生很大的负荷，产生大量不可降解固体废弃物。将这两种废弃物合理配合使用，在进行再生混凝土的配制中，提高水灰比或者采用减水剂可以确保其流动性完好。而且盐冻混凝土中的氯化钙可以破坏废砂表面惰性膜，使得再生混凝土强度大大提升，将其运用在盐冻混凝土再生利用中，可以达到双赢的效果，不足之处是其他除冰盐效果较差尚待研究。