低成本瓷砖粘结剂的研制
徐瑜
摘要：以425水泥、30～60目河砂、抛光废渣为主要原料，以可再分散乳胶粉，羟丙基甲基纤维素为添加剂制备瓷砖粘结剂，分析不同配比对瓷砖粘结剂拉伸胶粘强度的影响。采用四因素三水平正交实验设计探讨425水泥加入量（A）、30～60目河砂加入量（B）、抛光废渣加入量（C）及可再分散乳胶粉加入量（D）对拉伸胶粘强度的影响。总功效系数的极差分析表明，影响拉伸胶粘强度的因素主次为：A>D>B>C，最优实验组合是A381C2D3。
关健词：瓷砖粘结剂；抛光废渣；河砂；拉伸胶粘强度
1前言
陶瓷砖抛光废渣主要是在陶瓷砖的研磨、抛光的过程中产生的，其成分主要是磨块中的碳化硅、氧化镁、氯化镁和砖细粉等。陶瓷砖抛光废渣因其颗粒粒径细小，比表面积高，另外还含有少量玻璃相，将其作为辅助胶凝材料，具有一定的理论基础。陶瓷砖抛光废渣具有火山灰活性，以其作水泥混合材，水泥胶砂强度活性指数可高达82%。
瓷砖粘结剂中通常需要添加石英砂作为骨料，瓷砖粘结剂用石英砂的市场指导价在200元/吨左右，价格较贵，笔者将石英砂换成价格低廉的河砂来充当骨料，并将抛光废渣作为辅助骨料制备瓷砖粘结剂，一是利用其火山灰活性，以其作水泥混合材，作为辅助胶凝材料，提高瓷砖粘结剂的强度，二是充当一部分细粉，减少河砂中细砂的加入，节约资源，降低瓷砖粘结剂的成本。这项研究对陶瓷抛光废渣的资源化利用具有重要的指导作用，有利于提高废料资源化利用的附加值和消耗量，具有重要的经济意义和社会环保意义。
本文以425水泥、30～60目河砂、抛光废渣为主要原料，以可再分散乳胶粉，羟丙基甲基纤维素为添加剂制备瓷砖粘结剂，利用正交法设计实验方案，采用极值分析法研究影响瓷砖粘结剂拉伸胶粘强度的主要工艺因素。
2实验
2.1试验原料
P.O 42.5R水泥：安徽海螺水泥股份有限公司；河砂：30～60目，灵寿县振河矿产产品加工厂；羟丙基甲基纤维素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司；可再分散乳胶粉：河南天禾新型建筑材料有限公司；陶瓷抛光废渣：广东某陶瓷厂提供。先将湿的抛光废渣充分烘干（含水率<0.5%），然后将粉料团聚颗粒充分打散成一次颗粒。
2.2试验方法
本试验主要考察瓷砖粘结剂拉伸胶粘原强度、热老化后和浸水后拉伸胶粘强度。试件的制备、养护及检测方法均按标准JC/T 547-2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》中有关规定进行。
（1）瓷砖粘结剂粉料：按比例分别称量水泥、河砂、抛光废渣、可再分散乳胶粉及羟丙基甲基纤维素等各种原材料，加入混合容器中，充分混合均匀。
（2）瓷砖粘结剂胶浆配制：先将粉料对应用水量（水的添加量24～27%）加入搅拌容器中，加入对应粉料，用砂浆搅拌机充分搅拌均匀即可。
3配方设计
基于前期的单因素试验，了解425水泥、30～60目河砂、抛光废渣、可再分散乳胶粉和HPMC的添加量对瓷砖粘结剂拉伸胶粘原强度、热老化后和浸水后拉伸胶粘强度影响。选择影响拉伸胶粘强度的4个因素，三个水平，分别为：425水泥（因素A：A1，A2，A3）、30～60目河砂（因素B：B1，B2，B3）、抛光废渣（因素C：C1，C2，C3）及可再分散乳胶粉（因素D：D1，D2，D3）。设计四因素三水平正交表，开展正交实验。正交表表头见表1。
功效系数法：设正交设计考核n个指标，每个考核指標均有一个功效系数；如第i个考核指标的效果最好，规定该指标的功效系数为1，记作d=1；如第i个考核指标的效果最差，规定该指标的功效系数为0，记作d=0；其余各考核指标的功效系数，规定为该指标值与最好指标的比值。功效系数：0≤di≤1。n个考核指标的功效系数的n次方根d=d1d2.ds规定为总功效系数。d值的大小用来表示n个考核指标总的优劣情况。
4结果与讨论
运用极差分析法对表2的正交实验结果寻求最佳工艺组合，提高瓷砖粘结剂的拉伸胶粘强度。总功率系数极差分析（见表4）表明，影响拉伸胶粘强度的因素主次顺序为：A>D>B>C，兼顾试验结果以及配方的成本核算，最优实验组合为A381C2D3。
4.1水泥添加量对瓷砖粘结剂拉伸胶粘强度的影响
在水泥基瓷砖胶粘剂中，水泥水化生成的产物介于基层与瓷砖之间，并渗入到瓷砖背面的空隙中，起到咬合作用，从而达到粘结瓷砖的效果，这是一种化学粘结方式。理论上随着水泥掺量的增加，瓷砖胶的拉伸胶粘原强度、浸水后拉伸胶粘强度和热老化后拉伸胶粘强度都逐渐提高。因为随着水泥量的增加，会增加水泥水化产物的生成量，进而会增强胶粘剂与瓷砖的咬合作用，增大拉伸胶粘强度。由表2可知，当水泥的添加量从20%增加到25%时，瓷砖粘结剂拉伸胶粘原强度从0.404MPa增大到0.595 MPa，瓷砖粘结剂浸水后拉伸胶粘强度从0.6 MPa增大到0.685 MPa，瓷砖粘结剂热老化后拉伸胶粘强度从0.53 MPa增大到0.591 MPa，水泥的添加量超过25%，瓷砖粘结剂拉伸胶粘强度开始下降，这是由于水泥用量过多会影响体积稳定性，导致后期收缩过大，反而不利于强度的提升。水泥用量的增加会导致瓷砖胶的刚性增大，柔韧性降低。因此综合考虑胶砂比，水泥的最佳用量控制在25%，此时，瓷砖胶的拉伸粘结原强度、浸水后拉伸胶粘强度和热老化后拉伸胶粘强度可以达到JC/T 547-2005标准要求的0.5 MPa。
4.2河砂添加量对瓷砖粘结剂拉伸胶粘强度的影响
水泥的水化过程是一个体积收缩的过程，适当加入砂子对维持后期的体积稳定性起到至关重要的作用。由表2可知，在一定范围内，随着砂子含量的增大，拉伸粘结原强度、浸水后拉伸胶粘强度和热老化后拉伸胶粘强度提高。当河砂的添加量从25%增加到44%时，瓷砖粘结剂拉伸胶粘原强度从0.456 MPa增大到0.595 MPa，瓷砖粘结剂浸水后拉伸胶粘强度从0.46 MPa增大到0.685 MPa，瓷砖粘结剂热老化后拉伸胶粘强度从0.34MPa增大到0.591 MPa，砂子的添加量超过44%，瓷砖粘结剂拉伸胶粘强度开始下降。这是由于砂子是一种瘠性料，砂子的加入可改善瓷砖胶粘剂的孔隙结构。砂子添加越多，瓷砖胶粘剂的密实程度越高，其与瓷砖的粘结就会越紧密，拉伸胶粘强度就会越高。
