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和“沙人”一起做实验
砂是一种因颗粒大小而界定的沉积物。在大多数国家，它的粒度必须在0.063毫米至2毫米之间。如果粒度在此以下，则为粉土；如果粒度更大，则为砾石。砂子颗粒的矿物质及化学成分组成可能存在很大差异，但地球上由石英颗粒（石英砂或二氧化硅）组成的砂子占了绝大比例。由于硅是地球上仅次于氧气的常见化学元素，因此，人们长期以来错误地认为砂子是取之不尽、用之不竭的。
但情况发生了巨大变化。联合国环境规划署（UNEP）早在2014年便已公布了一份报告，强度人类用砂过度，而2022年的新报告已将之称为实实在在的“砂危机”。砂子不仅是建筑业和其它许多行业的重要原料，它们在我们的生态系统中也有着至关重要的作用，联合国17个可持续发展目标（SDG）中，没有一个不和它有直接或间接的关系。*
是认真关注砂子的时候了
河砂、海岸砂或海砂的开采会直接干扰生态系统，因此尤为严重。它们会破坏生物多样性，加剧水土流失，削弱三角洲和沿海地区抵御气候变化影响的能力。而恰恰就是这些砂子对建筑业特别有价值，因为它们的形状最适于配制混凝土和砂浆。
这很矛盾？应该说更是一种挑战。因为如果这样看待问题，我们不就应该调整一下配方，让其它骨料也能发挥理想效用吗？那么，这“一下”到底多难？瓦克砂浆实验室的3个团队以此为课题，在所在地区直接寻找答案。欢迎您加入我们的行列，和我们一起，促进建筑行业的循环经济运作。我们在博格豪森（德国）、孟买（印度）和迪拜（阿联酋）的专家们期待您的光临！
第一站博格豪森：成功利用再生混凝土
建筑业不仅消耗大量砂子，也会产生大量建筑废弃物。因此，回收瓦砾，将其用作原材料，是一种顺理成章的想法。于是，博格豪森团队提出了用细颗粒再生混凝土替代砂子的方案。
他们使用Ettengruber回收及利用公司提供的再生混凝土作为原材料，在Andrea Kustermann教授的指导下，由慕尼黑应用科学大学建筑材料及建筑化学实验室将其粉碎至所需大小。
“我们对粒径上限1.25毫米的颗粒进行试验，首先研究了这种碎石混凝土与标准石英砂及石灰石共混料的区别。”
Klas Sorger博士，欧洲技术服务经理
在依据DIN 18124标准用毛细管塞比重瓶进行分析时，另一个差异显现了出来。再生混凝土的颗粒密度分别为2.3 g/m3和2.4 g/m3，低于石英砂的2.63 g/m3。这表明，再生混凝土中直径在10纳米至5微米之间的毛孔更多。这一点也借助汞注射孔度测定仪得到了证实。
“因为细颗粒和细毛孔含量大，需要对瓷砖胶粘剂配方进行调整。为保持相同质地，瓷砖胶粘剂必须用更多的水与再生混凝土搅拌。我们也选择了相应的聚合物基料，用VINNAPAS®威耐实®8620 E这种以VAE乳液和氯乙烯为基础的可再分散乳胶粉，提高胶粘剂的湿强度和柔韧性。”
Klas Sorger博士
借助测量拉伸粘结强度确定晾置时间：基于再生混凝土的配方，20分钟和30分钟后，拉伸粘结强度便优于参照配方，晾置时间也相应更长。
配制C2TES1级瓷砖胶粘剂，作为参照。两种示例配方分别用25%和50%再生混凝土替代石英砂，水量也相应调整。之后对新拌砂浆和硬化后的瓷砖胶粘剂进行标准化测试。
“我们未能检测到新拌砂浆在粘度、密度和抗流挂性等关键性能方面有何差异。事实甚至证明，样品配方的润湿性能更佳：再生混凝土的比例越高，配方的润湿性能就越好。这也意味着晾置时间得以加长，这对如今铺设大型瓷砖尤为有利。”
Klas Sorger博士
对比初始拉伸粘结强度（蓝色）与在浸水（橙色）、升温（绿色）及冻融条件（暗红）下储存后的拉伸粘结强度：基于再生混凝土的配方与参考配方的测试结果没有明显差异。
有意思的是，润湿性能改善，晾置时间加长，对初始拉伸粘结强度，以及浸水、蓄热、冻融存储后的拉伸粘结强度却没有任何负面影响。里斯本工业大学研究小组推测其原因是，再生混凝土中的细孔颗粒具有蓄水作用，可随着时间推移逐步释放水分。
“6个月后，我们用Ettengruber公司提供的另一批再生混凝土再次测试。令人高兴的是，我们能够重复上一次测试的结果。这表明，这些批次之间没有显著差异。用于实践，这意味着我们只需根据当地可用再生混凝土的情况，一次性对配方进行调整即可。这为促进瓷砖胶粘剂的循环经济发展指明了一条可行道路。”
Klas Sorger博士第二站：印度孟买——用人造砂建房
据业内人士估算，印度对砂子的需求量2023年约为 10.06亿吨，并将继续提升。与此同时，采砂对印度河流生态系统造成的环境影响，如，泥沙流失、河岸侵蚀、栖息地退化等，也众所周知。研究表明，1960年至2008年间，恒河三角洲的沉积物减少了一半，从每年10亿吨减至5亿吨，采砂等人类活动是导致沉积物流量减少的主因。
人造砂（M-Sand）是天然河砂的一种替代品，用岩石、采石场石料或较大颗粒的骨料压碎成砂粒大小的颗粒生产而成。生产分3个阶段，分别使用颚式破碎机、圆锥破碎机和立轴冲击式破碎机进行破碎，制成粒度均匀、特性犹如天然砂的碎石。
“印度砂子短缺，南部地区的情况尤为严重。因此，有不少客户询问我们有关天然砂替代品的问题，其中有关人造砂的询问最多。”
Surabhi Jain女士，印度客户技术服务负责人经仔细观察，我们发现了河砂和人造砂之间的典型差异，其中最重要的包括：
- 粒度与粒径： 人造砂可根据指定的颗粒大小和颗粒分布生产，我们建议依据与河砂接近的粒径。
- 形状与质地： 与通常呈立方状、且表面粗糙的人造砂相比，天然砂的形状更圆，质感更光滑。
- 含水量： 只有水洗人造砂含水。因水分被包围在颗粒之间，天然砂都含水。
- 混凝土强度： 因特有的立方体形状，人造砂颗粒很容易相互嵌合，在混凝土中可加强界面黏接强度、抗压强度和弹性模量。
- 粉土含量： 人造砂不含粉土。河砂允许的粉土含量在3%与20%之间。
- 纯度： 人造砂不仅不含粉土，也不含黏土或灰尘，颗粒密度更高。空隙更小，能够减少混凝土生产所需水泥用量。
“由于抗压强度、耐久性和加工特性良好，人造砂主要用于混凝土生产。我们能够确定瓷砖胶粘剂配方具有良好的粘合强度，但在晾置时间和加工性能方面还存在挑战。”
Surabhi Jain女士
可以看出，人造砂配方的拉伸粘结强度与标准配方不相上下。A组：标准条件（SC）处理后，28天，23°C ± 2 °C，湿度50% ± 5%；B组：浸水后，7天，SC + 浸水21天；C组：蓄热后，14天，SC + 14天 70 °C烘箱加热
我们在自己的技术中心对瓷砖胶粘剂配方使用的各种砂子进行了测试。测试结果表明，只要质量过关，人造砂可以100%取代河砂。
我们使用3种配方获得了以下结果：1号配方为标准配方，含100%的石英砂；2号配方中，石英砂100%被人造砂替代；3号配方中，20%的石英砂被人造砂替代。这三种瓷砖胶粘剂均用2%的VINNAPAS®威耐实®5010 N中性标准可再分散乳胶粉改性。
晾置时间作为重要指标，被用来显示贴砖工人在将瓷砖贴入涂覆的瓷砖胶粘剂时，在保障特定拉伸粘结强度的前提下，有多少时间可供操作。晾置时间会随着人造砂用量的增加而缩短，例如，人造砂含量100%的2号配方，晾置时间大幅缩短。
我们测试了两种予以弥补的方法。我们先将中性的VINNAPAS®威耐实®替换成更专用的产品——VINNAPAS®威耐实®8620 E。它是专为瓷砖胶粘剂开发而成的，晾置时间更长，加工特性也更好。其次，我们提高了配方的用水量。
我们在标准配方中便可以看到VINNAPAS®威耐实®8620 E对晾置时间产生了影响。这种影响在含100%人造砂的配方中更为显著：VINNAPAS®威耐实®8620 E在20分钟后，令胶粘剂的拉伸粘结强度增加了两倍多。
建议概览
总而言之，我们建议希望用人造砂代替河砂的客户从三处入手：
- 使用粒径与河砂相近的人造砂
- 调整人造砂的用量
- 用对口的可再分散乳胶粉弥补不良效果
“我深信正确的前进方向是：不应该继续关注于使用我们明知其环境成本很高的材料，而是钻研如何利用现有合理的材料，生产高品质的瓷砖胶粘剂。我热切地敦促您同我们一起，跨出第一步——因为只有各方紧密合作，我们才能逐步促成建筑业实现的循环经济。”
Gustavo Soares先生，瓷砖胶粘剂应用全球细分市场经理
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我们在迪拜技术中心的同事们正在测试沙漠砂在瓷砖胶粘剂配方中的应用。测试与评估工作一旦完成，我们将在这里公布结果。
如果您在此留下详细联系信息，我们将在测试结果公布后立即通知您！
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