利用废弃玻璃等质量取代混凝土粗、细集料，通过对侵蚀后混凝土抗压强度的测定，研究不同取代率、取代形式对混凝土抗侵蚀性能的影响。试验显示，无论是在氯化钠还是硫酸钠侵蚀溶液下，混凝土强度均呈现低浓度增长，高浓度降低现象;玻璃混凝土强度下降率均低于普通混凝土：普通混凝土、玻璃粗集料混凝土及玻璃细集料混凝土的腐蚀系数均随浸泡溶液浓度的增高而降低，在相同侵蚀浓度下，玻璃细集料混凝土的腐蚀系数最大，普通混凝土的侵蚀系数最小。研究表明，利用废弃玻璃取代混凝土的粗细集料均可提高混凝土的抗侵蚀能力。

　　关键词：混凝土;废弃玻璃;粗集料;细集料;抗压强度;腐蚀系数

　　玻璃广泛应用于房屋建筑和人民的日常生活中。大量应用不可避免地会产生许多废弃玻璃无法回收利用，造成资源浪费。同时，堆放埋置需占用土地，污染环境。

　　由于废弃玻璃结构的低吸水性，玻璃集料作为粗细集料是一个理想的材料[1 − 4]。Topcu[5]、BasharTaha 等[6]研究了废弃玻璃砂代替天然砂混凝土的特性，认为用此法制成的玻璃混凝土能够满足混凝土的使用要求。废弃玻璃代替100% 天然细集料，具有与天然集料混凝土一样的抗压强度。S. C. Kou等在利用废弃玻璃作集料制作自密实混凝土时，坍落度、堵塞率、空气含量等随着废弃玻璃含量的增加而增加。J. M. Alhumoud 等认为，这是因为玻璃具有零吸水性。Metwally[7]、杨凤玲[8]认为，细玻璃集料制成的混凝土，其早期的混凝土性能不佳，但是后期混凝土的力学性能得到较大的提高。这是由于废弃玻璃细集料能阻止碱集料反应的影响，使用废弃玻璃取代骨料制成的新混凝土也可以在混凝土中起到外加剂作用[9 − 10]，且废弃玻璃集料越细，在水泥中的碱集料反应现象造成的膨胀越小[11]。石家庄地坪

　　玻璃混凝土在使用过程中，可能会受到化学离子侵蚀而产生材料损伤，进而引起结构破坏。例如，将玻璃混凝土应用于含有酸、碱、盐的化工生产车间和废水池以及海洋工程等。我们研究了玻璃混凝土在氯盐和硫酸盐侵蚀下的强度变化规律。

　　1 试验

　　1. 1 材料处理

　　采用从废品回收站回购的废弃玻璃。将清洗干净的废弃玻璃进行人工破碎，然后用标准方孔砂石筛按级配筛分，得到玻璃粗、细集料，如图1 和图2所示。

　　试验所采用的砂为河砂，最大粒径5 mm，连续级配，Ⅱ区，中砂，其细度模数为2. 7;碎石粒径5 ~25 mm;水泥为工源牌P. 032. 5 级硅酸盐水泥。

　　1. 2 试验方法

　　分别考虑普通混凝土﹙NC﹚、废弃玻璃取代20%﹙质量分数，下同﹚的天然混凝土细集料﹙GCC﹚和玻璃取代20% 天然混凝土粗集料﹙GFC﹚3 种情况，GCC 和GFC 2 种情况下的粒径分布及其所占的质量分数如表1 所示。

　　采用混凝土的基准质量配合比为m水泥: m石:m砂: m水= 1 : 2. 84 : 1. 59 : 0. 43。侵蚀溶液采用清水﹙0%，质量分数，下同﹚、Na2SO4 溶液﹙5%、10%和15%﹚、NaCl 溶液﹙5%、10%和15%﹚。将100 mm ×100 mm × 100 mm 试块养护28 d 之后，再浸泡28 d，测定试件的抗压强度。

　　2 结果与分析

　　2. 1 侵蚀液对玻璃混凝土强度的影响

　　普通混凝土、玻璃混凝土试件在清洁自来水中的强度，比未浸泡时的强度有所提高。无论是在NaCl 还是Na2SO4 侵蚀溶液中，混凝土强度均呈现低浓度增长，高浓度降低现象。混凝土的强度变化率η按下式计算：

　　之后，随着NaCl 质量分数的增加，普通混凝土、玻璃混凝土试件的抗压强度开始下降。当NaCl 溶液的质量分数达到15%时，GCC 抗压强度与28 d 对比试件相差不大，为36. 26 MPa;而此时NC、GFC 试件的抗压强度相比28 d 对比试件下降较多，其抗压强度分别下降了5. 78%和4. 58%，说明氯盐对水泥水化反应有促进作用。因此，低浓度下可以提高混凝土的强度。

　　随着浓度的提高，因NaCl 在孔隙中结晶而产生的结晶压力，造成混凝土内部开始出现微裂纹，进而使混凝土开裂或剥蚀。而在玻璃混凝土中，NaCl 电离出的Na + 与废弃玻璃集料中的活性SiO2 发生反应，生成硅酸盐凝胶﹙Na2SiO3 ·nH2O﹚，使得玻璃集料混凝土的抗压强度得到提高。但NaCl 溶液浓度过高时，生成物体积增大，最终因内压力而导致强度降低。

　　同样的，普通混凝土、玻璃混凝土在受到Na2SO4 溶液侵蚀时，浓度影响亦如此﹙见图5 和图6﹚，GCC 的抗压强度增幅同样最大，GFC 次之，NC增加幅度最小。

　　当Na2SO4 溶液中Na2SO4 的质量分数达到15% 时，NC 的抗压强度与28 d 试件相比，下降2. 28% ，而此时GCC 试件的抗压强度仅下降0. 75% 。

　　说明使用废弃玻璃取代天然混凝土粗集料，制成的玻璃混凝土内部的空隙率降低，混凝土密实，其抗侵蚀能力增强。

　　对于普通的混凝土，硫酸盐与混凝土中的Ca﹙OH﹚2 发生反应生成CaSO4·2H2O，在低浓度时能够提高混凝土的强度，但在高浓度时因生成物较多导致膨胀开裂;而在玻璃混凝土中，废弃玻璃集料中的活性SiO2 受到较低浓度SO2 −4 的激发，活性增加，反应生成了水化硅酸钙，其稳定性较好，碱性低，从而改善了玻璃混凝土的密实度。但是随着SO2 −4浓度的增大，反应生成的盐类结晶，逐渐积聚致使混凝土内部产生有害应力，进而影响了玻璃混凝土的强度。

　　2. 2 玻璃混凝土的腐蚀系数

　　腐蚀系数能够比较直观地反映材料对腐蚀介质的抵抗力，根据腐蚀系数的大小可以判断腐蚀程度。腐蚀系数越大，材料的抗侵蚀能力越强。腐蚀系数按式﹙2﹚计算：

　　k = f/f0

　　式中，f0 为相同侵蚀时间下清水﹙即侵蚀溶液质量分数为0%﹚中的抗压强度。由于浸泡在清水中继续养护，因此一般情况下f0 > f28。

　　表2 为在不同质量分数的NaCl 溶液和Na2SO4溶液下，NC、GCC 和GFC 3 种混凝土的腐蚀系数。由表2 可见，无论是在NaCl 还是Na2SO4 溶液下，NC、GFC 及GCC 的腐蚀系数随着浸泡溶液质量分数的增加而降低。在相同侵蚀质量分数下，GCC 的腐蚀系数最大，NC 的侵蚀系数最小。

　　3 结论

　　1﹚普通混凝土、玻璃混凝土试件在清洁自来水中的强度，比未浸泡时的强度有所提高。无论是在NaCl 侵蚀液还是在Na2SO4 侵蚀溶液中，混凝土强度均呈现低浓度增长，高浓度降低的现象。

　　2﹚无论用NaCl 还是Na2SO4 侵蚀溶液，玻璃混凝土强度的下降率均低于普通混凝土，说明玻璃混凝土的孔隙率较低，且密实较好，其抗侵蚀能力高于普通混凝土。

　　3﹚无论是在NaCl 还是Na2SO4 溶液下，NC、GFC 及GCC 的腐蚀系数均随着浸泡溶液浓度的提高而降低。在相同侵蚀浓度下，NCC 的腐蚀系数最大，NC 的侵蚀系数最小。

　　4﹚研究表明利用废弃玻璃取代混凝土的粗、细集料制成的玻璃混凝土，其内部孔隙率降低、混凝土结构密实，玻璃混凝土的抗侵蚀能力增强。

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　　[11] DYER T D，DHIR R K. Chemical reactions of glass cullet used ascement component[J]. Journal of Materials in Civil Engineering，2001，13﹙6﹚：412 − 417.国内大型高炉的高炉煤气除尘一般采用的都是干法，煤气管道内壁腐蚀严重，其中冷凝水中累积的氯离子渗透腐蚀性强，普通的防腐材料起不到根本效果。重防腐蚀材料中适合高炉煤气管道防腐的可选材料主要有：乙烯基酯树脂鳞片材料(VEGF)、环氧涂料、环氧胶泥、聚脲。对这四种材料实验进行耐腐蚀性能比较，确定乙烯基酯树脂鳞片材料最为优异。乙烯基酯树脂玻璃鳞片材料(VEGF)具有耐腐蚀性强、耐温性好、抗渗透能力优异以及施工工艺性好等特点。根据VEGF材料工艺适用性不同，可以考虑不同的防腐结构及施工工艺，从而使VEGF材料可以更好地应用于高炉煤气管道内壁防腐蚀。

　　关键词：VEGF材料;乙烯基树脂;高炉煤气;管道;防腐蚀

　　0前言

　　近几年，在大型高炉上高炉煤气干法袋式除尘技术得到广泛应用。与传统湿法除尘相比，干法袋式除尘具有节水、节电且投资少等优点，但经干法除尘的高炉煤气对管道内部的腐蚀严重，干法除尘时喷淋塔前管道冷凝水挂片的腐蚀速率比湿法除尘的腐蚀速率高两个数量级(大约是50倍)，因此普通的防腐形式(如环氧煤沥青等)已起不到作用¨’2 J，需要针对使用介质特点和腐蚀原因分析寻找一种可靠、长效的重防腐材料。乙烯基酯树脂玻璃鳞片(vinyl ester resin glass flake，简称VEGF)复合材料做为重防腐材料的重要首选，在经过多个高炉煤气管道防腐工程的验证之后，已被确立为目前高炉煤气管道内壁防腐的最佳选择。

　　l 高炉煤气管道内壁腐蚀特点及防护材料比较

　　1.1 高炉煤气管道内壁腐蚀特点

　　高炉煤气管道发生腐蚀的部位主要是管道和设备的底部，波纹管下部的波峰上，而且腐蚀均为由内部发展到外部的点腐蚀㈨。由于湿法除尘可以通过文氏管或洗涤塔将煤气中的腐蚀性成分(如sO：、s03、cl：、H：s等)通过溶解或反应去除，而干法除尘的腐蚀性成分只能随煤气的流动进入下道工序，并可以伴随着煤气的降温、水分的析出而进入冷凝水，形成高腐蚀性的斟3|，大量留存的煤气冷凝水在局部有时能达到煤气管道的四分之一高度。对于高炉煤气冷凝水的化学分析结果见表1(取自某钢厂煤气管道后半段轧钢区)。

　　上述实验表明，VEGF材料最适合高炉煤气管道的内壁防腐。

　　2 VEGF材料特点及应用介绍

　　2.1 VEGF材料的特点㈨

　　VEGF材料是以乙烯基酯树脂为主材加入10%～40%片径不等的玻璃鳞片等材料配制而成的。VEGF在材料施工完毕后，扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大地延长，相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度。

　　所以，针对高炉煤气管道内壁防腐的VEGF材料具有以下特点：

　　(1)耐腐蚀性能好。采用耐高温、耐含氯等化学介质的酚醛环氧乙烯基酯树脂;

　　(2)较低的渗透率。鳞片涂层的抗水蒸气渗透率比普通环氧树脂涂料高6～15倍;

　　(3)涂层具有较强的黏结强度、附着力和抗冲击强度，涂层不易产生龟裂、分层或剥离;

　　(4)耐温(热冲击)性能较好。鳞片涂层的线膨胀约为11.5×10～m/m·℃，钢铁的线膨胀系数为12.0×10～m/m·℃，两者之间比较相近;

　　(5)耐磨性好。鳞片涂层在固化后的硬度较高，且有韧性;

　　(6)工艺性较好。具有当场配制和室温下固化的特点，解决低温气候的固化问题和施工间隔时间的问题;另具有修补性好的特点，在VEGF材料涂层使用几年后，若出现遭损坏的情况，只需在该处作简单的处理即可进行修复，并可继续使用而不影响使用性能。

　　2.2 VEGF材料涂层成型工艺

　　VEGF材料根据施工工艺的不同主要分为两种，即VEGF胶泥和VEGF涂料。其中的VEGF胶泥，主要适合抹涂(镘刮)工艺，其特点是一次性成膜厚，而VEGF鳞片涂料则根据工艺的区别又可分为喷涂型和刷(滚)涂型。这几种材料的涂层成型工艺参数对比见表3。

　　2.3 VEGF在高炉煤气管道防腐中的应用形式

　　2.3.1基本情况

　　在高炉煤气管道实际应用时，考虑防腐成本防腐厚度及结构一般按表4处理。

　　2.3.2具体结构

　　根据VEGF材料的工艺性能不同，主要存在三种不同的成型工艺：抹涂、滚涂和喷涂，因而在高炉煤气管道防腐实际应用时就又有三种对应的不同结构。

　　2.3.2.1 VEGF鳞片胶泥2 mm结构该结构主材采用VEGF胶泥，使用镘刮工艺，结构为1底2中1面，如图1

　　该结构的优点是：施工方便，对工人操作要求稍低，涂层厚度可以做到较厚;缺点是：用人工多，涂层厚度难以保证均匀，外观欠缺美观。

　　2.3.2.2 VEGF涂料1.5 mm结构

　　该结构主材采用适用滚涂工艺的VEGF涂料，结构为l底4中1面(滚涂)，如图2。

　　该结构的优点是：施工方便，对工人操作要求低。涂层比较均匀，比较美观;缺点是：用人工多，涂层次数多，因由涂装间隔要求而工期耗时多。

　　2.3.2.3 VEGF鳞片涂料结构

　　该结构主材采用适用喷涂工艺的VEGF涂料，结构为1底2中l面(喷涂)。如图3。

　　该结构的优点是：施工方便，涂层均匀、美观：缺点是：设备投资多、对工人操作要求高。

　　3 VEGF的实际应用案例

　　首钢迁钢2号高炉，炉容2 500 1533，高炉煤气管道内壁防腐蚀主材料采用VEGF材料(乙烯基树脂玻璃鳞片涂料)，运行半年后从管道外观看无腐蚀漏水、漏气现象，进人管道内检查确认管道内壁防腐涂料完整，无鼓泡玻璃现象，运行状况良好”1。首钢京唐钢铁厂特大高炉，炉容5 500 m3，高炉煤气管道内壁防腐蚀主材料采用VEGF材料(乙烯基树脂玻璃鳞片胶泥)。其做法为：对管道内壁经过相应金属处理后，采用乙烯基树脂底涂，80一100斗m，中间涂料为乙烯基树脂玻璃鳞片胶泥，厚度为800～1 000 Dm，乙烯基树脂面漆，厚度为80一100“m。对煤气温度120℃以下管道，涂层厚度为300¨m。该工程于2009年5月22日正式投产，2010年1月进入管道内壁检查，涂层表面完整，没有起层现象，管道外壁也未见腐蚀穿孔滴水现象，保护效果显著”1。

　　4结语

　　试验和实践证明，VEGF材料应用于高炉煤气管道内壁防腐是可靠、有效的，值得大力推广。具体到VEGF材料因由三种不同的成型工艺：镘刮、滚涂、喷涂，这三种工艺和结构各有优缺点，考虑到作业面窄、作业量大以及对涂层性能的较高要求，推荐使用喷涂(高压无气)的工艺和结构。

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