废弃玻璃颜色对高掺量玻璃粉水泥基材料性能的影响研究：迈向免分色回收的可持续之路

本研究针对废弃玻璃颜色分选在水泥基材料应用中是否必要这一关键问题，系统探究了单色（绿、棕、透明）与混色废弃玻璃粉（RWGP）高比例（50 wt%）替代水泥的性能差异。结果表明，玻璃颜色对浆体工作性、凝结时间、水化温峰、波特兰石含量、孔隙率及力学性能均无显著影响，证实混色玻璃粉可直接利用，为简化回收流程、降低成本和环境负担提供了科学依据。

　　

随着全球建筑行业的快速发展，水泥生产已成为能源消耗和二氧化碳排放的主要来源之一。每生产1吨水泥约排放500-700 kg二氧化碳，占全球总排放量的7.4%，其中近70%的温室气体来自水泥基材料。为降低环境负担，业界广泛采用辅助胶凝材料（SCMs）部分替代水泥，如矿渣、粉煤灰、硅灰等。近年来，废弃玻璃粉（Recycled Waste Glass Powder, RWGP）作为一种新兴的SCMs，因其富含二氧化硅（SiO₂）且可大量利用废弃物而备受关注。然而，玻璃颜色差异导致的化学成分波动可能影响其应用效果，传统玻璃回收需按颜色分选，这一过程能耗高、成本大。那么，在水泥基材料中使用RWGP时，颜色分选是否真正必要？

为回答这一问题，来自法国拉罗谢尔大学的研究团队在《Results in Engineering》发表论文，系统研究了不同颜色（绿色、棕色、透明）及混色废弃玻璃粉在高替代量（50 wt%）下对水泥浆体性能的影响。研究通过控制玻璃粉的粒径分布，排除了粒度因素的干扰，聚焦颜色本身的效应。结果表明，尽管玻璃颜色不同，但其化学组成高度相似（均含约69 wt% SiO₂、13 wt% Na₂O、9 wt% CaO和3 wt% Al₂O₃），颜色分选对浆体的工作性、凝结时间、水化温峰、波特兰石（Portlandite）含量、孔隙率及力学性能均无显著影响。这一发现为简化废弃玻璃回收流程、降低成本和环境 impact 提供了强有力支撑。

研究采用了几项关键技术方法：首先通过能量色散X射线光谱（EDX）分析不同颜色玻璃的氧化物组成，并计算欧氏距离以量化颜色间化学差异；其次利用激光衍射粒度分析仪控制所有RWGP的粒径分布（d₅₀约20-28 μm），确保粒度一致性；浆体制备遵循EN 196-3标准，水胶比固定为0.45；性能测试包括维卡仪测凝结时间、半绝热热量法测水化温峰、热重分析（TGA）测波特兰石含量、水饱和法测孔隙率以及力学强度测试；统计采用ANOVA和事后检验（Bonferroni校正）分析颜色效应的显著性。

研究结果部分通过多维度数据验证了颜色无关性：

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  凝结时间：所有RWGP浆体的初凝和终凝时间均相近（约216 min和313 min），较基准水泥浆延长，主要归因于水泥稀释效应和RWGP的疏水性，但颜色间无差异。
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  水化温峰：RWGP浆体的最高水化温度约为60°C，低于基准组，透明玻璃粉因略粗的粒径导致温度稍低，但颜色本身无显著影响。
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  波特兰石含量：随龄期增长，RWGP浆体的波特兰石含量先升后降（1天～5 wt%，7天～8 wt%，365天～5 wt%），表明后期pozzolanic反应消耗了Portlandite，但颜色间无统计差异。
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  干密度和孔隙率：RWGP浆体干密度略低（～1.9 g/cm3），孔隙率较高（1天～45%，365天～22%），源于水泥稀释和有效水胶比升高，但颜色间无区别。
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  力学性能：抗折强度（7天～4 MPa，365天～11 MPa）和抗压强度（7天～20 MPa，365天～55 MPa）在颜色间差异小于5%，统计检验证实365天时无显著性。
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  统计验证：ANOVA显示，仅早期（1-7天）抗压强度有轻微颜色效应（透明和绿色玻璃粉略低），但后期（28-365天）所有性能均无差异，支持免分色可行性。

结论部分强调，废弃玻璃颜色分选在高掺量RWGP水泥基材料中并非必要。化学组成的相似性（欧氏距离仅1.46-2.81）和性能一致性表明，混色玻璃粉可直接用于生产可持续胶凝材料。这不仅简化了回收流程，节省了分选成本和能源，还为大规模利用废弃玻璃提供了实用路径。未来研究可聚焦清洁程度的影响（如残留标签或涂层），以进一步优化回收工艺的环境效益。