低成本瓷磚粘結劑的研制

徐瑜

摘要：以425水泥、30～60目河砂、拋光廢渣為主要原料，以可再分散乳膠粉，羥丙基甲基纖維素為添加劑制備瓷磚粘結劑，分析不同配比對瓷磚粘結劑拉伸膠粘強度的影響。采用四因素三水平正交實驗設計探討425水泥加入量（A）、30～60目河砂加入量（B）、拋光廢渣加入量（C）及可再分散乳膠粉加入量（D）對拉伸膠粘強度的影響。總功效系數的極差分析表明，影響拉伸膠粘強度的因素主次為：A>D>B>C，最優實驗組合是A381C2D3。

關健詞：瓷磚粘結劑；拋光廢渣；河砂；拉伸膠粘強度

1前言

陶瓷磚拋光廢渣主要是在陶瓷磚的研磨、拋光的過程中產生的，其成分主要是磨塊中的碳化硅、氧化鎂、氯化鎂和磚細粉等。陶瓷磚拋光廢渣因其顆粒粒徑細小，比表面積高，另外還含有少量玻璃相，將其作為輔助膠凝材料，具有一定的理論基礎。陶瓷磚拋光廢渣具有火山灰活性，以其作水泥混合材，水泥膠砂強度活性指數可高達82%。

瓷磚粘結劑中通常需要添加石英砂作為骨料，瓷磚粘結劑用石英砂的市場指導價在200元/噸左右，價格較貴，筆者將石英砂換成價格低廉的河砂來充當骨料，并將拋光廢渣作為輔助骨料制備瓷磚粘結劑，一是利用其火山灰活性，以其作水泥混合材，作為輔助膠凝材料，提高瓷磚粘結劑的強度，二是充當一部分細粉，減少河砂中細砂的加入，節約資源，降低瓷磚粘結劑的成本。這項研究對陶瓷拋光廢渣的資源化利用具有重要的指導作用，有利于提高廢料資源化利用的附加值和消耗量，具有重要的經濟意義和社會環保意義。

本文以425水泥、30～60目河砂、拋光廢渣為主要原料，以可再分散乳膠粉，羥丙基甲基纖維素為添加劑制備瓷磚粘結劑，利用正交法設計實驗方案，采用極值分析法研究影響瓷磚粘結劑拉伸膠粘強度的主要工藝因素。

2實驗

2.1試驗原料

P.O 42.5R水泥：安徽海螺水泥股份有限公司；河砂：30～60目，靈壽縣振河礦產產品加工廠；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：河南天禾新型建筑材料有限公司；陶瓷拋光廢渣：廣東某陶瓷廠提供。先將濕的拋光廢渣充分烘干（含水率<0.5%），然后將粉料團聚顆粒充分打散成一次顆粒。

2.2試驗方法

本試驗主要考察瓷磚粘結劑拉伸膠粘原強度、熱老化后和浸水后拉伸膠粘強度。試件的制備、養護及檢測方法均按標準JC/T 547-2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》中有關規定進行。

（1）瓷磚粘結劑粉料：按比例分別稱量水泥、河砂、拋光廢渣、可再分散乳膠粉及羥丙基甲基纖維素等各種原材料，加入混合容器中，充分混合均勻。

（2）瓷磚粘結劑膠漿配制：先將粉料對應用水量（水的添加量24～27%）加入攪拌容器中，加入對應粉料，用砂漿攪拌機充分攪拌均勻即可。

3配方設計

基于前期的單因素試驗，了解425水泥、30～60目河砂、拋光廢渣、可再分散乳膠粉和HPMC的添加量對瓷磚粘結劑拉伸膠粘原強度、熱老化后和浸水后拉伸膠粘強度影響。選擇影響拉伸膠粘強度的4個因素，三個水平，分別為：425水泥（因素A：A1，A2，A3）、30～60目河砂（因素B：B1，B2，B3）、拋光廢渣（因素C：C1，C2，C3）及可再分散乳膠粉（因素D：D1，D2，D3）。設計四因素三水平正交表，開展正交實驗。正交表表頭見表1。

功效系數法：設正交設計考核n個指標，每個考核指標均有一個功效系數；如第i個考核指標的效果最好，規定該指標的功效系數為1，記作d=1；如第i個考核指標的效果最差，規定該指標的功效系數為0，記作d=0；其余各考核指標的功效系數，規定為該指標值與最好指標的比值。功效系數：0≤di≤1。n個考核指標的功效系數的n次方根d=d1d2.ds規定為總功效系數。d值的大小用來表示n個考核指標總的優劣情況。

4結果與討論

運用極差分析法對表2的正交實驗結果尋求最佳工藝組合，提高瓷磚粘結劑的拉伸膠粘強度。總功率系數極差分析（見表4）表明，影響拉伸膠粘強度的因素主次順序為：A>D>B>C，兼顧試驗結果以及配方的成本核算，最優實驗組合為A381C2D3。

4.1水泥添加量對瓷磚粘結劑拉伸膠粘強度的影響

在水泥基瓷磚膠粘劑中，水泥水化生成的產物介于基層與瓷磚之間，并滲入到瓷磚背面的空隙中，起到咬合作用，從而達到粘結瓷磚的效果，這是一種化學粘結方式。理論上隨著水泥摻量的增加，瓷磚膠的拉伸膠粘原強度、浸水后拉伸膠粘強度和熱老化后拉伸膠粘強度都逐漸提高。因為隨著水泥量的增加，會增加水泥水化產物的生成量，進而會增強膠粘劑與瓷磚的咬合作用，增大拉伸膠粘強度。由表2可知，當水泥的添加量從20%增加到25%時，瓷磚粘結劑拉伸膠粘原強度從0.404MPa增大到0.595 MPa，瓷磚粘結劑浸水后拉伸膠粘強度從0.6 MPa增大到0.685 MPa，瓷磚粘結劑熱老化后拉伸膠粘強度從0.53 MPa增大到0.591 MPa，水泥的添加量超過25%，瓷磚粘結劑拉伸膠粘強度開始下降，這是由于水泥用量過多會影響體積穩定性，導致后期收縮過大，反而不利于強度的提升。水泥用量的增加會導致瓷磚膠的剛性增大，柔韌性降低。因此綜合考慮膠砂比，水泥的最佳用量控制在25%，此時，瓷磚膠的拉伸粘結原強度、浸水后拉伸膠粘強度和熱老化后拉伸膠粘強度可以達到JC/T 547-2005標準要求的0.5 MPa。

4.2河砂添加量對瓷磚粘結劑拉伸膠粘強度的影響

水泥的水化過程是一個體積收縮的過程，適當加入砂子對維持后期的體積穩定性起到至關重要的作用。由表2可知，在一定范圍內，隨著砂子含量的增大，拉伸粘結原強度、浸水后拉伸膠粘強度和熱老化后拉伸膠粘強度提高。當河砂的添加量從25%增加到44%時，瓷磚粘結劑拉伸膠粘原強度從0.456 MPa增大到0.595 MPa，瓷磚粘結劑浸水后拉伸膠粘強度從0.46 MPa增大到0.685 MPa，瓷磚粘結劑熱老化后拉伸膠粘強度從0.34MPa增大到0.591 MPa，砂子的添加量超過44%，瓷磚粘結劑拉伸膠粘強度開始下降。這是由于砂子是一種瘠性料，砂子的加入可改善瓷磚膠粘劑的孔隙結構。砂子添加越多，瓷磚膠粘劑的密實程度越高，其與瓷磚的粘結就會越緊密，拉伸膠粘強度就會越高。