以建筑廢棄物為骨料制備瓷磚粘結(jié)劑的研究

許林峰　鐘保民

摘 要：以建筑廢棄物為骨料制備瓷磚粘結(jié)劑，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保意義。本研究通過實(shí)驗(yàn)探究了建筑廢棄物粒度對(duì)水泥砂漿原拉拔強(qiáng)度、熱循環(huán)后拉拔強(qiáng)度、凍融循環(huán)后拉拔強(qiáng)度、浸水后拉拔強(qiáng)度和破壞方式的影響。結(jié)果表明建筑廢棄物粒度對(duì)水泥砂漿在不同處理?xiàng)l件下的拉拔強(qiáng)度均有顯著的影響。當(dāng)建筑廢棄物的粒度為30～40目時(shí)，樣品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：建筑廢棄物；瓷磚粘結(jié)劑；骨料

1 引言

目前，建筑業(yè)已成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，并且隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展而成為越來越重要的行業(yè)。建設(shè)過程是一個(gè)拆舊建新的過程，在這個(gè)過程中必然要產(chǎn)生大量的建筑廢棄物，目前每年產(chǎn)生的建筑廢棄物數(shù)億噸，并且呈逐年增加的趨勢(shì)。隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑廢棄物的處理已成為制約城市發(fā)展的嚴(yán)重問題。建筑廢棄物的成分復(fù)雜，難以資源化利用，而簡(jiǎn)單的填埋或堆放處理又會(huì)嚴(yán)重破壞我們的生態(tài)環(huán)境，占用土地資源[1]。所以，開發(fā)出能夠資源化利用建筑廢棄物的新技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)達(dá)國家在建筑廢棄物的資源化利用方面做得很成熟，很多國家已實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的零排放。我國對(duì)建筑廢棄物的資源化利用水平整體較低，一般經(jīng)分選后，被用來做公路路基的填充料，或者用來生產(chǎn)透水磚、混凝土空心磚等[2， 3]。這類利用方式的附加值低，一般需要政府的財(cái)政補(bǔ)貼才能持續(xù)下去。顯然，一個(gè)行業(yè)的生存和發(fā)展依靠政府的扶持是不可能長(zhǎng)久的，因此，需要提高建筑廢棄物資源化利用的經(jīng)濟(jì)效益，使其能夠自主盈利，這樣才能促進(jìn)這個(gè)行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

筆者在之前工作的基礎(chǔ)上，構(gòu)想將建筑廢棄物作為骨料來制備瓷磚粘結(jié)劑。瓷磚粘結(jié)劑的市場(chǎng)需求量大，可以消耗大量的建筑廢棄物。同時(shí)，瓷磚粘結(jié)劑的售價(jià)可以達(dá)到2000～3000元/噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。這項(xiàng)研究對(duì)建筑廢棄物的資源化利用具有重要的指導(dǎo)作用，有利于提高建筑廢棄物的附加值和消耗量，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保意義。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

水泥：海螺P.O 42.5R水泥。

建筑廢棄物：先將建筑廢棄物烘干，然后將混凝土、磚頭、瓷磚分揀出來，分別破碎后過篩。最后將破碎的建筑廢棄物按比例混合，其中混凝土55%，磚頭30%，瓷磚15%。

羥丙基甲基纖維素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司。

可再分散乳膠粉：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉。

淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。

2.2 樣品制備

（1）原料配比

基料：水泥34.5%，建筑廢棄物64%。

添加劑：HPMC 0.4%，膠粉1%，淀粉醚0.1%。

（2）測(cè)試用瓷磚的準(zhǔn)備

將正常生產(chǎn)的600 mm×600 mm瓷磚切割成10 mm ×10 mm的小樣備用，樣品的吸水率< 0.10%。砂漿涂覆前需將瓷磚小片表面粘貼的水或灰塵用濕抹布擦干凈。

（3）砂漿制備

將水泥、建筑廢棄物、HPMC、膠粉、淀粉醚、按比例均勻混合，然后加入水，均勻攪拌至膏狀，靜置10 min待用。

（4）砂漿涂覆

將砂漿均勻涂覆在切割好的瓷磚上，厚度約4 mm。然后將涂覆好的樣品在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天。

（5）熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理

熱循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，置于80℃烘箱中4 h。然后冷卻到室溫，接著80℃處理4 h，循環(huán)5次。

凍融循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，置于-18℃凍箱中4 h。然后自然升溫到室溫，接著-18℃處理4 h，循環(huán)5次。

浸水處理：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，淹沒在水中，持續(xù)7天。然后將樣品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。

2.3 樣品測(cè)試

采用拉拔儀（Posi Test AT-M Manual Adhesion Tester）對(duì)制備好的樣品進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過程如下：

（1）在水泥砂漿表面切出一個(gè)圓圈，需徹底切開，深入到瓷磚表面。

（2）將拉拔圓盤用云石膠固定在切開的砂漿圓圈表面，將樣品靜置5 min固化。

（3）用拉拔儀將圓盤緩慢拔起，記錄數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試10個(gè)樣品。

2.4數(shù)據(jù)處理

計(jì)算10個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，舍去超過平均值±20%的數(shù)據(jù)。若剩余的數(shù)據(jù)超過5個(gè)，則求剩余數(shù)據(jù)的平均值。若剩余的數(shù)據(jù)少于5個(gè)，則重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 建筑廢棄物粒度對(duì)樣品拉拔強(qiáng)度的影響

圖1為建筑廢棄物粒度對(duì)原樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)一個(gè)不斷減小的趨勢(shì)。當(dāng)建筑廢棄物的粒度大于80目時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度均大于0.5 MPa的國家標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)建筑廢棄物的粒度小于80目時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度開始低于國家標(biāo)準(zhǔn)。粒度100目的樣品，樣品的拉拔強(qiáng)度只有0.36 MPa。

圖2為建筑廢棄物粒度對(duì)熱循環(huán)后樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。當(dāng)建筑廢棄物的粒度大于70目時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度均大于0.5 MPa。而當(dāng)建筑廢棄物的粒度小于70目時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度開始低于國家標(biāo)準(zhǔn)。并且，隨著粒度的減小，拉拔強(qiáng)度持續(xù)減小，到100目時(shí)，拉拔強(qiáng)度只有0.27 MPa。

圖3為建筑廢棄物粒度對(duì)凍融循環(huán)后樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。這種下降趨勢(shì)與熱循環(huán)后樣品拉拔強(qiáng)度的變化趨勢(shì)很相似。當(dāng)建筑廢棄物的粒度大于80目時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度均大于0.5 MPa。而當(dāng)建筑廢棄物的粒度小于80目時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度開始低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖4為建筑廢棄物粒度對(duì)浸水后樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)一種“Z字型”的變化趨勢(shì)。這種變化趨勢(shì)與熱循環(huán)、凍融循環(huán)后拉拔強(qiáng)度的變化趨勢(shì)明顯不同。當(dāng)建筑廢棄物的粒度為30目和40目時(shí)，拉拔強(qiáng)度大約為0.7 MPa。當(dāng)建筑廢棄物的粒度為50目時(shí)，拉拔強(qiáng)度顯著下降為0.56 MPa。當(dāng)建筑廢棄物的粒度小于50目時(shí)，拉拔強(qiáng)度基本維持在一定范圍內(nèi)，0.3～0.45 MPa，沒有明顯的變化趨勢(shì)。

3.2 建筑廢棄物粒度對(duì)粘附性能的影響

實(shí)際上，拉拔強(qiáng)度的測(cè)試數(shù)據(jù)并不能真實(shí)的反映瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能。應(yīng)綜合考慮拉拔強(qiáng)度和破壞方式，才能判定瓷磚粘結(jié)劑的真實(shí)粘附性能。如果瓷磚粘結(jié)劑的粘附強(qiáng)度高于拉伸強(qiáng)度，那么測(cè)試樣品的破壞方式為表面或中間斷裂，如圖5（a）所示。如果瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度高于粘附強(qiáng)度，那么測(cè)試樣品的破壞方式為整體剝離，如圖5（b）所示。

表1統(tǒng)計(jì)了不同建筑廢棄物粒度樣品經(jīng)拉拔后的破壞方式，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)10個(gè)樣品。由表中的結(jié)果可知，無論是原拉拔強(qiáng)度，還是熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理后拉拔強(qiáng)度的測(cè)試，樣品剝離破壞的概率均隨著粒度的減小而增大。尤其當(dāng)建筑廢棄物的粒度小于50目時(shí)，樣品剝離破壞的概率顯著增加。說明隨著建筑廢棄物粒度的減小，樣品的粘附性能下降。

3.3 建筑廢棄物粒度對(duì)用水量的影響

圖6為建筑廢棄物粒度對(duì)用水量的影響。用水量的多少并沒有專門的性能指標(biāo)來衡量，以樣品能形成均勻的膏狀，適合施工為標(biāo)準(zhǔn)。從圖中可以看出，當(dāng)建筑廢棄物粒度大于60目時(shí)，用水量變化不大，維持在34±0.5%。當(dāng)建筑廢棄物粒度小于60目時(shí)，用水量隨著粒度的減小顯著增加。當(dāng)粒度為100目時(shí)，用水量達(dá)到45%。通常干混砂漿的用水量不要超過30%，以25%左右為宜。

4 討論

結(jié)合拉拔強(qiáng)度的測(cè)試數(shù)據(jù)和樣品破壞方式的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，建筑廢棄物粒度的減小對(duì)樣品的粘附性能不利。無論是原樣品的拉拔強(qiáng)度，還是熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理后樣品的拉拔強(qiáng)度，這種不利影響都很顯著。由樣品的破壞方式可知，拉拔強(qiáng)度的測(cè)試值低并不是由于材料的抗拉強(qiáng)度低，而是由于樣品的粘附性能不夠。與石英砂相比，建筑廢棄物的引入可能會(huì)引起材料抗拉強(qiáng)度的降低。但是，對(duì)粘附性能的影響應(yīng)該不會(huì)很大。事實(shí)上，也不是所有粒度的建筑廢棄物都會(huì)顯著降低材料的粘附性能。所以，應(yīng)該是與建筑廢棄物粒度相關(guān)的其他因素影響到了材料的粘附性能。

圖6所示的結(jié)果表明，建筑廢棄物粒度與用水量緊密相關(guān)，而水的用量與砂漿的干燥收縮又緊密相關(guān)。當(dāng)建筑廢棄物的粒度小于60目時(shí)，水的用量開始顯著增加。同時(shí)，樣品的原拉拔強(qiáng)度，熱循環(huán)、凍融循環(huán)后拉拔強(qiáng)度也相應(yīng)明顯降低。對(duì)于浸水處理的樣品，甚至在粒度為50目時(shí)就出現(xiàn)顯著下降。這主要是由于浸水處理時(shí)，樣品容易吸水膨脹，造成大的界面應(yīng)力。

實(shí)際上，對(duì)于粒度較大的情況，34%的用水量也是很大的。但是，由于建筑廢棄物顆粒的結(jié)構(gòu)疏松，本身就具有10%左右的吸水率，所以導(dǎo)致用水量較大。不過結(jié)構(gòu)吸水引起的干燥收縮比表面吸水和自由水引起的干燥收縮要小得多。因此，當(dāng)建筑廢棄物的粒度大于40目時(shí)，材料的綜合粘附性能比較優(yōu)異。但是，當(dāng)建筑廢棄物的粒度大于30目時(shí)，施工性能變差。所以，建筑廢棄物的粒度應(yīng)控制在30～40目。

5 結(jié)論

建筑廢棄物的粒度對(duì)用水量有非常顯著的影響，而用水量又顯著的影響瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能。以建筑廢棄物為骨料時(shí)，粒度應(yīng)控制在30～40目。當(dāng)配方組成為建筑廢棄物64%，水泥34.5%，HPMC 0.4%，膠粉1%，淀粉醚0.1%時(shí)，產(chǎn)品具有良好的施工性能，且各項(xiàng)性能指標(biāo)均可以達(dá)到國標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

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