低成本瓷磚粘結(jié)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(jié)劑，分析不同配比對(duì)瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘強(qiáng)度的影響。采用四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)拉伸膠粘強(qiáng)度的影響?？偣π禂?shù)的極差分析表明，影響拉伸膠粘強(qiáng)度的因素主次為：A>D>B>C，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合是A381C2D3。

關(guān)健詞：瓷磚粘結(jié)劑；拋光廢渣；河砂；拉伸膠粘強(qiáng)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(guò)程中產(chǎn)生的，其成分主要是磨塊中的碳化硅、氧化鎂、氯化鎂和磚細(xì)粉等。陶瓷磚拋光廢渣因其顆粒粒徑細(xì)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(chǔ)。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(qiáng)度活性指數(shù)可高達(dá)82%。

瓷磚粘結(jié)劑中通常需要添加石英砂作為骨料，瓷磚粘結(jié)劑用石英砂的市場(chǎng)指導(dǎo)價(jià)在200元/噸左右，價(jià)格較貴，筆者將石英砂換成價(jià)格低廉的河砂來(lái)充當(dāng)骨料，并將拋光廢渣作為輔助骨料制備瓷磚粘結(jié)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(jié)劑的強(qiáng)度，二是充當(dāng)一部分細(xì)粉，減少河砂中細(xì)砂的加入，節(jié)約資源，降低瓷磚粘結(jié)劑的成本。這項(xiàng)研究對(duì)陶瓷拋光廢渣的資源化利用具有重要的指導(dǎo)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(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)環(huán)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(jié)劑，利用正交法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，采用極值分析法研究影響瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘強(qiáng)度的主要工藝因素。

2實(shí)驗(yàn)

2.1試驗(yàn)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(chǎn)產(chǎn)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(tuán)聚顆粒充分打散成一次顆粒。

2.2試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)主要考察瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘原強(qiáng)度、熱老化后和浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度。試件的制備、養(yǎng)護(hù)及檢測(cè)方法均按標(biāo)準(zhǔn)JC/T 547-2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

（1）瓷磚粘結(jié)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(jié)劑膠漿配制：先將粉料對(duì)應(yīng)用水量（水的添加量24～27%）加入攪拌容器中，加入對(duì)應(yīng)粉料，用砂漿攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆蚣纯伞?/p>

3配方設(shè)計(jì)

基于前期的單因素試驗(yàn)，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(duì)瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘原強(qiáng)度、熱老化后和浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度影響。選擇影響拉伸膠粘強(qiáng)度的4個(gè)因素，三個(gè)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(shè)計(jì)四因素三水平正交表，開(kāi)展正交實(shí)驗(yàn)。正交表表頭見(jiàn)表1。

功效系數(shù)法：設(shè)正交設(shè)計(jì)考核n個(gè)指標(biāo)，每個(gè)考核指標(biāo)均有一個(gè)功效系數(shù)；如第i個(gè)考核指標(biāo)的效果最好，規(guī)定該指標(biāo)的功效系數(shù)為1，記作d=1；如第i個(gè)考核指標(biāo)的效果最差，規(guī)定該指標(biāo)的功效系數(shù)為0，記作d=0；其余各考核指標(biāo)的功效系數(shù)，規(guī)定為該指標(biāo)值與最好指標(biāo)的比值。功效系數(shù)：0≤di≤1。n個(gè)考核指標(biāo)的功效系數(shù)的n次方根d=d1d2.ds規(guī)定為總功效系數(shù)。d值的大小用來(lái)表示n個(gè)考核指標(biāo)總的優(yōu)劣情況。

4結(jié)果與討論

運(yùn)用極差分析法對(duì)表2的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果尋求最佳工藝組合，提高瓷磚粘結(jié)劑的拉伸膠粘強(qiáng)度?？偣β氏禂?shù)極差分析（見(jiàn)表4）表明，影響拉伸膠粘強(qiáng)度的因素主次順序?yàn)椋篈>D>B>C，兼顧試驗(yàn)結(jié)果以及配方的成本核算，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合為A381C2D3。

4.1水泥添加量對(duì)瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘強(qiáng)度的影響

在水泥基瓷磚膠粘劑中，水泥水化生成的產(chǎn)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(dá)到粘結(jié)瓷磚的效果，這是一種化學(xué)粘結(jié)方式。理論上隨著水泥摻量的增加，瓷磚膠的拉伸膠粘原強(qiáng)度、浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度和熱老化后拉伸膠粘強(qiáng)度都逐漸提高。因?yàn)殡S著水泥量的增加，會(huì)增加水泥水化產(chǎn)物的生成量，進(jìn)而會(huì)增強(qiáng)膠粘劑與瓷磚的咬合作用，增大拉伸膠粘強(qiáng)度。由表2可知，當(dāng)水泥的添加量從20%增加到25%時(shí)，瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘原強(qiáng)度從0.404MPa增大到0.595 MPa，瓷磚粘結(jié)劑浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度從0.6 MPa增大到0.685 MPa，瓷磚粘結(jié)劑熱老化后拉伸膠粘強(qiáng)度從0.53 MPa增大到0.591 MPa，水泥的添加量超過(guò)25%，瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘強(qiáng)度開(kāi)始下降，這是由于水泥用量過(guò)多會(huì)影響體積穩(wěn)定性，導(dǎo)致后期收縮過(guò)大，反而不利于強(qiáng)度的提升。水泥用量的增加會(huì)導(dǎo)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(shí)，瓷磚膠的拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度、浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度和熱老化后拉伸膠粘強(qiáng)度可以達(dá)到JC/T 547-2005標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5 MPa。

4.2河砂添加量對(duì)瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘強(qiáng)度的影響

水泥的水化過(guò)程是一個(gè)體積收縮的過(guò)程，適當(dāng)加入砂子對(duì)維持后期的體積穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。由表2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著砂子含量的增大，拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度、浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度和熱老化后拉伸膠粘強(qiáng)度提高。當(dāng)河砂的添加量從25%增加到44%時(shí)，瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘原強(qiáng)度從0.456 MPa增大到0.595 MPa，瓷磚粘結(jié)劑浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度從0.46 MPa增大到0.685 MPa，瓷磚粘結(jié)劑熱老化后拉伸膠粘強(qiáng)度從0.34MPa增大到0.591 MPa，砂子的添加量超過(guò)44%，瓷磚粘結(jié)劑拉伸膠粘強(qiáng)度開(kāi)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(jié)構(gòu)。砂子添加越多，瓷磚膠粘劑的密實(shí)程度越高，其與瓷磚的粘結(jié)就會(huì)越緊密，拉伸膠粘強(qiáng)度就會(huì)越高。