CN105731850A - 建筑外檐硬质饰面材料再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木建筑与水利工程领域，为实现既有建筑外墙硬质饰面材料合理回收、再生和再利用，弥补国内外相关领域的空白，在城市化进程和新农村建设过程中，为推动绿色建造提供新的途径。为此，本发明采取的技术方案是，建筑外檐硬质饰面材料再生方法,包括如下三大步骤:以陶瓷砖废料替代粗、细骨料制备再生混凝土骨料；以再生混凝土骨料制备再生混凝土；以再生混凝土制备衍生建材；其中，陶瓷砖废料的破碎粒径大小与级配合理程度是再生混凝土性能高低的关键。本发明主要应用于土木建筑生产制造。

Description

建筑外檐硬质饰面材料再生方法

技术领域

本发明是针对建筑改造更新过程中产生的外檐饰面(以陶瓷砖饰面为主)材料废弃物这一特定的材料类型，进行再生和循环利用的技术，属于土木建筑与水利工程领域。

背景技术

我国现存大量建于上世纪70—90年代的既有建筑，其外墙饰面大多采用面砖、陶瓷锦砖等硬质材料，这些旧建筑在城市化进程中被大量拆除或改造立面，产生了大量的陶瓷砖废弃物。与此同时，这一类废弃材料的再利用率很低，相关研究缺乏。本技术以既有建筑陶瓷砖饰面为材料来源，通过回收、筛分、再生等步骤制作出符合国家标准的新型建筑材料并就地利用，有效的防止了资源浪费和环境污染。

目前国内外在建筑材料再生领域已经取得了很多成果，已经涵盖了大多数的传统建材，例如混凝土、水泥、砖、木材等，这些建筑材料的再生技术有的已经完成了研发阶段进入实际生产阶段，有得才刚刚起步。但是针对陶瓷饰面砖这一建筑装饰材料的再生目前基本处于空白状态。目前与本技术相近的有其他种类的建筑材料再生技术和陶瓷废料(非建筑更新产生)的再生技术：

再生骨料混凝土：日本大阪城市大学和粟本钢有限公司共同研发的高性能再生骨料得到了“日本建筑技术创新中心”的认证。生产的高性能再生骨料满足日本工业标准JIS和日本建筑标准规范JASS(JapaneseArchitecturalStandardSpecification)再生骨料混凝土与用原生骨料生产的混凝土性能基本相同。这项技术在日本的大阪已得到实际的应用。目前，我国也已开始对废弃混凝土的再生利用进行立项研究。

再生水泥：韩国一家装修公司成功从废弃的混凝土中分离水泥,并使这种水泥能再生利用的技术。这项技术目前已经在韩国申请专利。这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样,符合韩国的施工标准。而且这种再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半,在生产过程中不产生二氧化碳,有利于环保。

再生砖：荷兰最新的研究成果是用90％的墙体材料粉料或是纯烧结砖的粉料,掺加10％的塑性粘土,用软泥砖的成型方法,成功制造出了烧结砖。中国汶川地震后，中国建筑师刘家琨提出了“再生砖计划”。再生砖是以破碎的建筑废墟做骨料，搀和切断的秸秆做纤维，再加上一定量水泥加工而成。试制的样品强度已通过相关机构检验，满足维护结构填充墙的标准。

再生木材：美国和加拿大研究结构在中密度纤维板胶合技术的基础上研发了高密度木纤维再生建筑构件的生产技术，压制成的木构件不仅能够抵御蛀蚀，还能克服天然木材构件纵向和横向抗压、抗剪强度不一致的性能缺陷，强度较天然木材也有大幅度提高，可用于制作建筑大型支撑构件。在加温哥华冬奥会主场馆的建造中，建筑雨篷和雨篷的支撑构件全部采用这种再生高密度纤维构件。

以陶瓷废料制备再生陶瓷砖：目前以陶瓷废料制备再生陶瓷砖主要有陶瓷砖胚料、仿古砖、多孔陶瓷制品三种产品。以陶瓷废料制备陶瓷砖胚料的工艺，国内已有公司掌握，并已研发相关产品。但是，该所用陶瓷废料均为陶瓷制品工厂生产中产生的废料，并非建筑更新中产生的陶瓷饰面砖废料。仿古砖、多孔陶瓷制品情况与陶瓷砖胚料相似。

以陶瓷废料制备再生混凝土：以陶瓷废料制备再生混凝土目前大多处于研究阶段，尚未有公司形成专利产品。陶瓷废料制备再生混凝土的相关研究多以陶瓷废料替代混凝土中粗骨料、细骨料、的方式进行。研究成果差异较大，存有争议。同时，大部分研究机构选用的陶瓷废料也由自建筑更新产生。

以陶瓷废料制备其他建材：除了再生陶瓷砖和再生混凝土，目前陶瓷废料还能制备再生吸音、保温材料，佛山陶瓷研究所与华南理工大学合作研究的多孔陶瓷再生材料具有良好的吸音、保温性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，实现既有建筑外墙硬质饰面材料合理回收、再生和再利用，弥补国内外相关领域的空白，在城市化进程和新农村建设过程中，为推动绿色建造提供新的途径。为此，本发明采取的技术方案是，建筑外檐硬质饰面材料再生方法,包括如下三大步骤:以陶瓷砖废料替代粗、细骨料制备再生混凝土骨料；以再生混凝土骨料制备再生混凝土；以再生混凝土制备衍生建材；其中，陶瓷砖废料的破碎粒径大小与级配合理程度是再生混凝土性能高低的关键。

三大步骤细化步骤为：

(1)陶瓷砖废料的破碎

陶瓷砖废料的破碎为人工与器械相结合的方式，分为三部分，分别为预破碎、初级破碎与再次破碎，其中再次破碎可进行多次；预破碎首先挑拣出混入到废料中的铁件、木材等其他建筑废物，然后以铁锤将过大的废料块砸碎，预处理后的陶瓷砖废料为粒径小于100mm的砖石混合物；初级破碎以器械破碎为主，主要使用颚式破碎机进行，破碎后废料粒径小于50mm的砂石混合物；再次破碎也以器械破碎为主，根据粒径要求不同可以使用颚式破碎机和反式破碎机，为了得到合适粒径的陶瓷废料，再次破碎往往需要进行多次；

(2)陶瓷砖废料的筛分

陶瓷砖废料的筛分主要依靠扬沙、冲洗等设备；若不满足上诉条件，也可使用人工扬沙、滤网过滤的办法，但是筛分后的废料应满足再生混凝土粗骨料5-15mm、细骨料1-5mm的粒径要求；

(3)再生混凝土骨料的配制

再生混凝土骨料的配制，即再生混凝土的配合比设计。因陶瓷砖废料吸水率较高，采用自由水法进行混凝土配合比，即在试验阶段以普通混凝土水灰比为基础，以混凝土坍落度为参照加大水的比例；

(4)再生混凝土的搅拌

再生混凝土的搅拌以半自动形式进行，由人工填料、卸料，搅拌机搅拌构成；规模化生产时，实际混凝土配合比由人工控制。拌料过程中应注意观察搅拌效果，避免陶瓷砖废料分布不均引起的产品不合格；

(5)再生混凝土的产品制作与养护

再生混凝土的产品制作与养护按再生混凝土的产品类别区别处理：外墙板的制作分为结构层和面层，结构层强调结构强度，采用喷射混凝土的方式制作，面层除强度要求之外还有包括表面肌理、色泽的美观要求，采用模板内浇筑的方式制成；除此之外，再生外墙板还需龙骨制作、制模、开模、表面处理等步骤；再生空心砌块在制作部分则比较简便，仅需将拌料填入制砖机中，人工操作生产即可；

再生混凝土产品的养护因建筑产品而异，参照同类非再生建筑产品的养护要求进行。

再生混凝土骨料的配制步骤中，以再生空心砌块为产品导向配制C(concrete)15强度再生骨料混凝土为例：C15强度普通碎石混凝土配合比为水：水泥：砂：石子＝0.66：1:2.471:3.868，以坍落度30-50mm进行调整，调整后后配合比为水：水泥：沙子：碎石＝0.66:1:2.19:2.87，再生骨料的取代率为0.357；在纤维加强型再生墙板的制作中，水泥、由陶瓷饰面再生骨料和天然水砂组成的细骨料、减水剂和其他配料的比值为1:2.3:0.005:0.06再生骨料的取代率达到了60％以上。

本发明的特点及有益效果是：

本发明对建筑废弃物进行充分利用，对降低建材生产和运输能耗，以及减少土地、矿产等不可再生资源的消耗非常重要，同时节约了建筑废弃物清运和处理等费用，大大地减轻了环境负荷。本技术所开创的陶瓷砖废料就地回收、就地或就近加工再生、就地循环利用的模式，与其他建筑废弃材料的再生利用模式相比较，技术难度和经济成本较低、实际操作的可行性较高，更有利于大规模的推广应用，具有广泛的社会价值。此外，本发明对于陶瓷砖废料的再生具有一定的文化意义，尤其是在建筑更新改造的过程中，将原建筑的痕迹以新产品的方式呈现是对建筑文化的传承。相比较同类再生技术，本技术因就地循环、就地再生和再生产品本身特殊肌理等特点，具有以下优势效果：

(1)材料的特定性能

本技术针对建筑更新中的陶瓷砖饰面进行回收再利用，目前国内外并没有相关技术，在原材料的选择上具有特殊性。

(2)废弃物利用率高

经过两次实际项目的生产测试，本技术针对陶瓷砖废料的回收利用率高达90％以上，再生混凝土骨料的替代率可以达到30％以上。相比混凝土再生技术，砌块再生技术有更高的利用率。

(3)再生技术适应性强

本技术采用就地生产的本地化策略，新产品的生产能够适应不同的工业生产环境，具有器械选择范围广，人工要求低等特点，生产过程具有易操作性。

(4)产品辨识度高

绝大部分的陶瓷砖产品是有釉面的，这也是陶瓷砖产品用于建筑外墙装饰的重要原因。因为釉面的存在，再生建筑产品的表面会形成特殊的肌理，而且往往承不规则分布，新产品具有较高的辨识度，可适应产品多样化需求。

(5)形成新材料产业

本技术在两次实践过程中都创造出了新的生产模式，尤其是在再生空心砌块项目的生产中，形成了完整的建筑产品生产流程，具有形成新材料产业的潜能。

附图说明：

图1再生技术应用流程图。

具体实施方式

从微观层面上，本发明对既有建筑外墙硬质饰面材料进行合理的回收、再生和再利用，探求相关的关键技术和应用策略，包括原材料面层、结构层和结合层的分离、不同性质材料再利用的多种途径，再生材料施工方式对既有建筑结构、外观等方面的影响等等，并探索该技术的推广的多种可能性。

从宏观层面上，本发明弥补了国内外相关领域的空白，在城市化进程和新农村建设过程中，为推动绿色建造提供新的途径。

本陶瓷砖废料再生技术可以分为三大部分：以陶瓷砖废料替代粗(细)骨料制备再生混凝土骨料；以再生混凝土骨料制备再生混凝土；以再生混凝土制备衍生建材。其中以再生混凝土制备衍生建材是本技术的重点，目前在两个实验项目中分别成功应用了使用陶瓷骨料再生混凝土生产的纤维加强混凝土墙板和小型混凝土空心砌块。技术难点在于以陶瓷砖废料替代粗(细)骨料制备再生混凝土骨料，陶瓷砖废料的破碎粒径是替代再生混凝土骨料的关键，粒径的大小与级配合理程度是再生混凝土强度的保证。本技术具体的实施步骤为：

(1)陶瓷砖废料的收集

陶瓷砖废料的来源为建筑外檐更新改造过程中陶瓷砖饰面剔除所产生的建筑废料。陶瓷砖废料的主要组成有三种：第一种是结合层与陶瓷砖面层结合不好，这种情况下剔除的废料以陶瓷砖为主；第二种是结合层与基层结合不好，这种情况下剔除的废料以陶瓷砖和水泥砂浆为主；第三种是结合层质量较差，这种情况下剔除的废料以陶瓷砖、水泥砂浆和基层建材(通常为砖块)为主。陶瓷砖废料的收集与混凝土等其他建筑废料的收集的不同主要在于陶瓷砖废料的收集是以人工为主，很少使用大型设备。人工收集的优点在于陶瓷砖废料的成分组成较单一，杂质较少，缺点在于持续时间较长。

(2)陶瓷砖废料的破碎

陶瓷砖废料的破碎为人工与器械相结合的方式，大体上可以分为三部分，分别为预破碎、初级破碎与再次破碎，其中再次破碎可进行多次。预破碎以人工方式进行，首先挑拣出混入到废料中的铁件、木材等其他建筑废物，然后以铁锤将过大的废料块砸碎，预处理后的陶瓷砖废料为粒径小于100mm的砖石混合物。初级破碎以器械破碎为主，主要使用颚式破碎机进行，破碎后废料粒径基本小于50mm。再次破碎也以器械破碎为主，根据粒径要求不同可以使用颚式破碎机和反式破碎机，需要注意的是，再次破碎为了达到粒径等级往往需要进行多次。瓷砖废料在破碎时容易产生大量烟尘，需要做降尘处理，降尘措施以工厂条件为主。另外，根据陶瓷砖废料的破碎可根据不同项目的具体情况进行调整，从建造现场的粗加工处理到专业工厂的批量化流水线处理，陶瓷砖废料的破碎根据不同项目的实际情况有多种选择。

(3)陶瓷砖废料的筛分

陶瓷砖废料的筛分因工厂条件而异，有条件的工厂使用扬沙、冲洗等设备进行筛分，得到的再生骨料粒径合理，组成成分单一，对于质量更加可控。不具备扬沙等条件的工厂可以使用人工扬沙、滤网过滤的方法，得到的再生骨料粒径主要依靠滤网孔径控制，也能够满足再生混凝土骨料的要求。无论是哪一种筛分方式，再生混凝土粗骨料5-15mm、细骨料1-5mm的粒径要求都必须满足，而这往往都需要进行多次筛分才能达到。

(4)再生混凝土骨料的配制

再生混凝土骨料的配制，即再生混凝土的配合比。因陶瓷砖废料吸水率较高，本技术中的混凝土配合比采用自由水法，即在试验阶段以普通混凝土水灰比为基础，以混凝土坍落度为参照加大水的比例。以再生空心砌块为产品导向配制C15强度再生骨料混凝土时，以常见普通碎石混凝土配合比水：水泥：砂：石子＝0.66：1:2.471:3.868为基础，坍落度30-50mm为参照，调整后配合比为水：水泥：沙子：碎石＝0.66:1:2.19:2.87，再生骨料的取代率为0.357。需要注意的是，根据不同产品的生产要求，再生骨料混凝土的配合比需要分别设计。例如在陶瓷饰面砖再生墙板的制作中，水泥、细骨料(由陶瓷饰面再生骨料和天然水砂细骨料组成)、减水剂和其他配料的比值为1:2.3:0.005:0.06再生骨料的取代率达到了60％以上。

(5)再生混凝土的搅拌

再生混凝土的搅拌以半自动形式进行，由人工填料、卸料，搅拌机搅拌构成。规模化生产时，实际混凝土配合比由人工控制。拌料步骤除正常拌制外，工人应注意观察搅拌效果，避免陶瓷砖废料分布不均引起的产品不合格。此外，在混凝土搅拌步骤可以增加添加剂，例如增加产品性能的减水剂、玻璃纤维，改变产品颜色的染色剂等等。

(6)再生混凝土的产品制作与养护

本技术在目前已经应用的项目中分别生产了再生外墙板和再生空心砌块。再生外墙板的制作分结构层和面层，结构层强调结构强度，采用喷射混凝土的方式，面层除强度要求之外还有表面肌理、色泽等美观要求，采用模板内浇筑的方式制成。除此之外，再生外墙板还需龙骨制作、制模、开模、表面处理等步骤。再生空心砌块在制作部分则比较简便，仅需将拌料填入制砖机中，人工操作生产即可。两项产品的成功应用验证了陶瓷砖废料再生技术是可行的，同时也表明陶瓷砖再生混凝土技术的产品延伸可以适应不同项目要求。

再生建筑产品的养护因建筑产品而异，目前养护基本参照同类建筑产品(非再生)的养护要求进行。经过两次项目，目前没有发现再生混凝土建筑产品的养护与普通混凝土产品有较大差别。

(7)再生建筑产品的安装

再生建筑产品的安装因建筑产品而异。目前已经成功的产品中，再生外墙板的安装是以外挂的形式进行，需要进行立面设计、产品制模等步骤。而再生空心砌块是以水泥砂浆砌筑的形式进行，针对节点进行设计即可，标准化生产中不需要产品单独制模。

本发明目前已经实验成功的两个项目为天津大学建筑学院系馆外檐更新工程和金寨华润希望小镇再生空心砌块工程，其分别属于城市建筑外檐更新和新农村建设中的农宅改造。两个项目分别以城市和农村为着眼点，经历了完全不一样的改造条件和生产条件，但是都成功的对陶瓷砖饰面材料进行了本地化的再生。

混凝土立方体抗压强度为“fcu”。其中，“cu”是立方体(cube)的意思。而立方体抗压强度标准值以“fcu,k”表达，其中“k”是标准值的意思，例如混凝土强度等级为C15时，fcu,k＝15N/mm2(MPa)，即立方体28d抗压强度标准值为15MPa。

Claims (3)

1.一种建筑外檐硬质饰面材料再生方法,其特征是，包括如下三大步骤:以陶瓷砖废料替代粗、细骨料制备再生混凝土骨料；以再生混凝土骨料制备再生混凝土；以再生混凝土制备衍生建材；其中，以陶瓷砖废料替代粗、细骨料制备再生混凝土骨料最为关键，陶瓷砖废料破碎后的粒径大小与级配合理程度决定了再生混凝土的强度。

2.如权利要求1所述的建筑外檐硬质饰面材料再生方法,其特征是，三大步骤细化步骤为：

(1)陶瓷砖废料的破碎

陶瓷砖废料的破碎为人工与器械相结合的方式，分为三部分，分别为预破碎、初级破碎与再次破碎，其中再次破碎可进行多次；预破碎首先挑拣出混入到废料中的铁件、木材等其他建筑废物，然后以铁锤将过大的废料块砸碎，预处理后的陶瓷砖废料为粒径小于100mm的砖石混合物；初级破碎以器械破碎为主，主要使用颚式破碎机进行，破碎后废料粒径小于50mm的砂石混合物；再次破碎也以器械破碎为主，根据粒径要求不同可以使用颚式破碎机和反式破碎机，需要注意的是，再次破碎为了达到粒径等级往往需要进行多次；

(2)陶瓷砖废料的筛分

使用扬沙、冲洗设备进行筛分或使用人工扬沙、滤网过滤；应满足再生混凝土粗骨料5-15mm、细骨料1-5mm的粒径要求；

(3)再生混凝土骨料的配制

再生混凝土骨料的配制，即再生混凝土的配合比。因陶瓷砖废料吸水率较高，采用自由水法进行混凝土配合比，即在试验阶段以普通混凝土水灰比为基础，以混凝土坍落度为参照加大水的比例；

(4)再生混凝土的搅拌

再生混凝土的搅拌以半自动形式进行，由人工填料、卸料，搅拌机搅拌构成；规模化生产时，实际混凝土配合比由人工控制；拌料过程中应注意观察搅拌效果，避免陶瓷砖废料分布不均引起的产品质量不合格；

(5)再生混凝土的产品制作与养护

按再生混凝土的产品类别区别处理：外墙板的制作分结构层和面层，结构层强调结构强度，采用喷射混凝土的方式生产，面层除强度要求之外还有包括表面肌理、色泽的美观要求，采用模板内浇筑的方式制成；除此之外，再生外墙板还需龙骨制作、制模、开模、表面处理等步骤；再生空心砌块在制作部分则比较简便，仅需将拌料填入制砖机中，人工操作生产即可；

再生建筑产品的养护因建筑产品而异，参照同类非再生建筑产品的养护要求进行。

3.如权利要求2所述的建筑外檐硬质饰面材料再生方法,其特征是，再生混凝土骨料的配制步骤中，以再生空心砌块为产品导向配制C15强度再生骨料混凝土时，以常见普通碎石混凝土配合比水：水泥：砂：石子＝0.66：1:2.471:3.868为基础，坍落度30-50mm为参照，调整后配合比为水：水泥：沙子：碎石＝0.66:1:2.19:2.87，再生骨料的取代率为0.357；在陶瓷饰面砖再生墙板的制作中，水泥、由陶瓷饰面再生骨料和天然水砂细骨料组成的细骨料、减水剂和其他配料的比值为1:2.3:0.005:0.06再生骨料的取代率达到了60％以上；其他配料包括减水剂、玻璃纤维，染色剂中的一种或数种。