以建筑废弃物为骨料制备瓷砖粘结剂的研究
许林峰 钟保民
摘 要：以建筑废弃物为骨料制备瓷砖粘结剂，具有重要的经济意义和环保意义。本研究通过实验探究了建筑废弃物粒度对水泥砂浆原拉拔强度、热循环后拉拔强度、冻融循环后拉拔强度、浸水后拉拔强度和破坏方式的影响。结果表明建筑废弃物粒度对水泥砂浆在不同处理条件下的拉拔强度均有显著的影响。当建筑废弃物的粒度为30～40目时，样品的各项性能指标均能达到国家标准。
关键词：建筑废弃物；瓷砖粘结剂；骨料
1 引言
目前，建筑业已成为我国的支柱产业之一，并且随着经济社会的快速发展而成为越来越重要的行业。建设过程是一个拆旧建新的过程，在这个过程中必然要产生大量的建筑废弃物，目前每年产生的建筑废弃物数亿吨，并且呈逐年增加的趋势。随着城市化进程的加快，建筑废弃物的处理已成为制约城市发展的严重问题。建筑废弃物的成分复杂，难以资源化利用，而简单的填埋或堆放处理又会严重破坏我们的生态环境，占用土地资源[1]。所以，开发出能够资源化利用建筑废弃物的新技术具有非常重要的现实意义。
发达国家在建筑废弃物的资源化利用方面做得很成熟，很多国家已实现建筑废弃物的零排放。我国对建筑废弃物的资源化利用水平整体较低，一般经分选后，被用来做公路路基的填充料，或者用来生产透水砖、混凝土空心砖等[2， 3]。这类利用方式的附加值低，一般需要政府的财政补贴才能持续下去。显然，一个行业的生存和发展依靠政府的扶持是不可能长久的，因此，需要提高建筑废弃物资源化利用的经济效益，使其能够自主盈利，这样才能促进这个行业的健康、可持续发展。
笔者在之前工作的基础上，构想将建筑废弃物作为骨料来制备瓷砖粘结剂。瓷砖粘结剂的市场需求量大，可以消耗大量的建筑废弃物。同时，瓷砖粘结剂的售价可以达到2000～3000元/吨，具有良好的经济效益。这项研究对建筑废弃物的资源化利用具有重要的指导作用，有利于提高建筑废弃物的附加值和消耗量，具有重要的经济意义和环保意义。
2 实验过程
2.1 实验原料
水泥：海螺P.O 42.5R水泥。
建筑废弃物：先将建筑废弃物烘干，然后将混凝土、砖头、瓷砖分拣出来，分别破碎后过筛。最后将破碎的建筑废弃物按比例混合，其中混凝土55%，砖头30%，瓷砖15%。
羟丙基甲基纤维素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司。
可再分散乳胶粉：德国瓦克5044N可再分散乳胶粉。
淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。
2.2 样品制备
（1）原料配比
基料：水泥34.5%，建筑废弃物64%。
添加剂：HPMC 0.4%，胶粉1%，淀粉醚0.1%。
（2）测试用瓷砖的准备
将正常生产的600 mm×600 mm瓷砖切割成10 mm ×10 mm的小样备用，样品的吸水率< 0.10%。砂浆涂覆前需将瓷砖小片表面粘贴的水或灰尘用湿抹布擦干净。
（3）砂浆制备
将水泥、建筑废弃物、HPMC、胶粉、淀粉醚、按比例均匀混合，然后加入水，均匀搅拌至膏状，静置10 min待用。
（4）砂浆涂覆
将砂浆均匀涂覆在切割好的瓷砖上，厚度约4 mm。然后将涂覆好的样品在室内条件下养护28天。
（5）热循环、冻融循环、浸水处理
热循环：将在室内条件下养护28天的样品，置于80℃烘箱中4 h。然后冷却到室温，接着80℃处理4 h，循环5次。
冻融循环：将在室内条件下养护28天的样品，置于-18℃冻箱中4 h。然后自然升温到室温，接着-18℃处理4 h，循环5次。
浸水处理：将在室内条件下养护28天的样品，淹没在水中，持续7天。然后将样品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。
2.3 样品测试
采用拉拔仪（Posi Test AT-M Manual Adhesion Tester）对制备好的样品进行测试。测试过程如下：
（1）在水泥砂浆表面切出一个圆圈，需彻底切开，深入到瓷砖表面。
（2）将拉拔圆盘用云石胶固定在切开的砂浆圆圈表面，将样品静置5 min固化。
（3）用拉拔仪将圆盘缓慢拔起，记录数据，每个数据测试10个样品。
2.4数据处理
计算10个数据的平均值，舍去超过平均值±20%的数据。若剩余的数据超过5个，则求剩余数据的平均值。若剩余的数据少于5个，则重复实验。
3 结果分析
3.1 建筑废弃物粒度对样品拉拔强度的影响
图1为建筑废弃物粒度对原样品拉拔强度的影响。从图中可以看出，随着建筑废弃物粒度的减小，拉拔强度出现一个不断减小的趋势。当建筑废弃物的粒度大于80目时，样品的拉拔强度均大于0.5 MPa的国家标准。而当建筑废弃物的粒度小于80目时，样品的拉拔强度开始低于国家标准。粒度100目的样品，样品的拉拔强度只有0.36 MPa。
图2为建筑废弃物粒度对热循环后样品拉拔强度的影响。从图中可以看出，随着建筑废弃物粒度的减小，样品的拉拔强度出现明显的下降趋势。当建筑废弃物的粒度大于70目时，样品的拉拔强度均大于0.5 MPa。而当建筑废弃物的粒度小于70目时，样品的拉拔强度开始低于国家标准。并且，随着粒度的减小，拉拔强度持续减小，到100目时，拉拔强度只有0.27 MPa。
图3为建筑废弃物粒度对冻融循环后样品拉拔强度的影响。从图中可以看出，随着建筑废弃物粒度的减小，样品的拉拔强度出现明显的下降趋势。这种下降趋势与热循环后样品拉拔强度的变化趋势很相似。当建筑废弃物的粒度大于80目时，样品的拉拔强度均大于0.5 MPa。而当建筑废弃物的粒度小于80目时，样品的拉拔强度开始低于国家标准。
图4为建筑废弃物粒度对浸水后样品拉拔强度的影响。从图中可以看出，随着建筑废弃物粒度的减小，样品的拉拔强度出现一种“Z字型”的变化趋势。这种变化趋势与热循环、冻融循环后拉拔强度的变化趋势明显不同。当建筑废弃物的粒度为30目和40目时，拉拔强度大约为0.7 MPa。当建筑废弃物的粒度为50目时，拉拔强度显著下降为0.56 MPa。当建筑废弃物的粒度小于50目时，拉拔强度基本维持在一定范围内，0.3～0.45 MPa，没有明显的变化趋势。
3.2 建筑废弃物粒度对粘附性能的影响
实际上，拉拔强度的测试数据并不能真实的反映瓷砖粘结剂的粘附性能。应综合考虑拉拔强度和破坏方式，才能判定瓷砖粘结剂的真实粘附性能。如果瓷砖粘结剂的粘附强度高于拉伸强度，那么测试样品的破坏方式为表面或中间断裂，如图5（a）所示。如果瓷砖粘结剂的拉伸强度高于粘附强度，那么测试样品的破坏方式为整体剥离，如图5（b）所示。
表1统计了不同建筑废弃物粒度样品经拉拔后的破坏方式，每个数据点10个样品。由表中的结果可知，无论是原拉拔强度，还是热循环、冻融循环、浸水处理后拉拔强度的测试，样品剥离破坏的概率均随着粒度的减小而增大。尤其当建筑废弃物的粒度小于50目时，样品剥离破坏的概率显著增加。说明随着建筑废弃物粒度的减小，样品的粘附性能下降。
3.3 建筑废弃物粒度对用水量的影响
图6为建筑废弃物粒度对用水量的影响。用水量的多少并没有专门的性能指标来衡量，以样品能形成均匀的膏状，适合施工为标准。从图中可以看出，当建筑废弃物粒度大于60目时，用水量变化不大，维持在34±0.5%。当建筑废弃物粒度小于60目时，用水量随着粒度的减小显著增加。当粒度为100目时，用水量达到45%。通常干混砂浆的用水量不要超过30%，以25%左右为宜。
4 讨论
结合拉拔强度的测试数据和样品破坏方式的统计结果可知，建筑废弃物粒度的减小对样品的粘附性能不利。无论是原样品的拉拔强度，还是热循环、冻融循环、浸水处理后样品的拉拔强度，这种不利影响都很显著。由样品的破坏方式可知，拉拔强度的测试值低并不是由于材料的抗拉强度低，而是由于样品的粘附性能不够。与石英砂相比，建筑废弃物的引入可能会引起材料抗拉强度的降低。但是，对粘附性能的影响应该不会很大。事实上，也不是所有粒度的建筑废弃物都会显著降低材料的粘附性能。所以，应该是与建筑废弃物粒度相关的其他因素影响到了材料的粘附性能。
图6所示的结果表明，建筑废弃物粒度与用水量紧密相关，而水的用量与砂浆的干燥收缩又紧密相关。当建筑废弃物的粒度小于60目时，水的用量开始显著增加。同时，样品的原拉拔强度，热循环、冻融循环后拉拔强度也相应明显降低。对于浸水处理的样品，甚至在粒度为50目时就出现显著下降。这主要是由于浸水处理时，样品容易吸水膨胀，造成大的界面应力。
实际上，对于粒度较大的情况，34%的用水量也是很大的。但是，由于建筑废弃物颗粒的结构疏松，本身就具有10%左右的吸水率，所以导致用水量较大。不过结构吸水引起的干燥收缩比表面吸水和自由水引起的干燥收缩要小得多。因此，当建筑废弃物的粒度大于40目时，材料的综合粘附性能比较优异。但是，当建筑废弃物的粒度大于30目时，施工性能变差。所以，建筑废弃物的粒度应控制在30～40目。
5 结论
建筑废弃物的粒度对用水量有非常显著的影响，而用水量又显著的影响瓷砖粘结剂的粘附性能。以建筑废弃物为骨料时，粒度应控制在30～40目。当配方组成为建筑废弃物64%，水泥34.5%，HPMC 0.4%，胶粉1%，淀粉醚0.1%时，产品具有良好的施工性能，且各项性能指标均可以达到国标要求。
参考文献
[1] 袁静，于献青，陆锦法，等. 新型墙体材料综合利用建筑废弃物的优势与对策分析[J].新型建筑材料，2014，11：64～69.
[2] 崔辉，徐志胜.固体废物在建筑材料中的资源化应用[J].建材技术与应用，2005，3：12～14.
[3] 陈广坤.推进建筑废弃物资源化利用，积极发展绿色墙材[J].砖瓦，2016，5：63.
