作为全球使用最广泛的材料之一，混凝土的需求持续增长[[1], [2], [3]]。据估计，建筑行业每年消耗约200亿吨混凝土[4,5]，其中水泥是关键成分[6]。为了满足这一需求，2016年全球水泥产量达到了42亿吨[7]。然而，高产量的水泥带来了严重的环境问题[8,9]。生产一吨水泥会释放大约一吨二氧化碳（CO?），占全球二氧化碳排放量的约7%[10,11]，并消耗约3%的全球能源[12]。总体而言，水泥行业是气候变化的主要贡献者，导致了65%的全球变暖[13]。因此，寻找水泥的可持续替代品至关重要，尤其是在许多国家目标是在2050年前实现净零二氧化碳排放的情况下[6,8,14,15]。
碱性活化粘合剂或地质聚合物因其较低的碳足迹和能够利用工业副产品而成为有前景的水泥替代品[[16], [17], [18]]。地质聚合物混凝土结合了铝硅酸盐来源和碱性活化剂，以及传统的混凝土骨料[19]。该反应产生通过氧键连接的SiO?和AlO?四面体，由Na、K或Ca等碱性阳离子平衡，形成三维聚合物网络[[20], [21], [22], [23]]。地质聚合物混凝土的性能取决于铝硅酸盐来源的类型和数量、碱性活化剂的浓度、固化时间和温度、pH值以及合成条件[22,24]。其中，铝硅酸盐来源的选择是影响性能的最关键因素[24,25]，这激发了人们对包括粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣在内的各种工业副产品的研究[26,27]。值得注意的是，碱性活化粘合剂的CO?排放量据报道比传统水泥低六倍[23]，使其成为可持续建筑中的环保选择。
同时，全球废物的产生已成为一个重大的环境和经济挑战。2016年，世界银行报告了20亿吨废物，预计到2050年这一数字将达到34亿吨[28]。各行业面临着将回收废物作为原材料的压力，建筑行业正在积极探索利用各种废物的方法[1,[29], [30], [31], [32]]，包括粉煤灰[[33], [34], [35]]、硅灰[33]、矿渣[33]、橡胶轮胎[5]、拆除废料[[36], [37], [38]]、农业残留物[[39], [40], [41]]和城市废物[42,43]]。
许多研究人员已经研究了废物在地质聚合物混凝土中的使用[44], [45], [46], [47]]。工业副产品如粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣通常被用作铝硅酸盐来源[19,48,49]。磨碎的砖块废弃物已被用于生产地质聚合物泡沫混凝土[50]，其他材料如硅锰矿渣、矿物尾矿、催化剂残渣、煤底灰、稻壳灰、棕榈油燃料灰和焚烧污泥产品也被探索用于环保的地质聚合物生产[51]。然而，关键评估显示，这些研究经常报告局限性，如机械性能较低或需要较高的固化温度和额外材料，这表明在多种废物联合使用方面存在知识空白[[52], [53], [54], [55], [56]]。
当地的陶瓷产业，包括砖块、地砖和屋顶瓦片的生产，产生了大量废物，约有2%的产量因缺陷或美观原因被废弃[57]。屋顶瓦片通常由粘土制成，因其强度、耐久性和成本效益而在建筑中广泛使用[58]，但仍有大量瓦片被丢弃，这强调了需要可持续的回收方法[59]。虽然一些研究已经将陶瓷废弃物纳入地质聚合物中，但它们往往在没有提高固化温度或添加额外材料的情况下只能实现有限的机械性能[[52], [53], [54], [55]]。这表明尽管粘土基瓦片废弃物可用且具有优良性能，但在其回收利用方面仍存在研究空白。
因此，本研究旨在探讨将瓦片废弃物粉末作为地质聚合物砂浆的主要前驱体的应用，评估部分替代粉煤灰、硅灰和大理石粉末对其物理、机械和耐久性性能的影响。瓦片废弃物粉末分别以10%、20%和30%的比例被粉煤灰和大理石粉末替代，以及以5%、10%和15%的比例被硅灰替代，并使用了三种不同的NaOH/粘合剂比例。该研究填补了关于多种废物联合使用的文献空白，并为开发高性能、可持续的地质聚合物材料提供了见解。
