用正交法探讨粘结砂浆和抹面砂浆的试验分析

摘 要： 本文采用正交法[1]试验粘结砂浆和抹面砂浆，结果表明，粘结砂浆中纤维素醚的最佳掺量宜为0.40%，可再分散乳胶粉最佳掺量宜为2.5%，憎水剂最佳掺量宜为0.30%。抹面砂浆中纤维素醚的最佳掺量宜为0.40%，可再分散乳胶粉最佳掺量宜为2.5%，木质纤维素最佳掺量宜为0.20%，憎水剂最佳掺量宜为0.30%。

关键词： 正交试验； 可再分散乳胶粉； 纤维素醚； 木质纤维素； 憎水剂； 最佳掺量

中图分类号： TU58+2 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2010）08-0030-02

引言

随着国家对建筑节能的日益重视和建筑节能工作的深入开展，保温砂浆的应用实例越来越多，也越来越广泛，薄抹灰外墙外保温系统依然是我们国家建筑保温的主要体系。从2000年开始使用薄抹灰外墙保温系统以来，山东省从事生产聚苯板保温砂浆的厂家已过四五百家，这些厂家成立初期绝大多数技术薄弱、经济实力较差。出现这种情况的原因有：一是保温市场形成初期，行业准入门槛较低，所需厂房面积可大可小，设备投资较少；二是进入保温市场的部分投资者，抱着短期投机心态，为追求利润疯狂降低成本，造成市场过于混乱；三是大部分投资者对保温系统技术层面了解甚少，不注重产品质量控制。因此，就更应该试验分析粘结砂浆和抹面砂浆的最优生产配方。

一、试验设计方法及结果

（一）试验原材料

42.5R级普通硅酸盐水泥。石英砂，粒径0.1-0.5mm。重钙，100-200目。纤维素醚，黏度40000mPa・S。可再分散乳胶粉，市售醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉（VAc/E）。木质纤维素，平均粒径为0.5mm。憎水剂，脂肪酸类。膨胀聚苯板，表观密度为18kg/m3，厚度为20mm。

（二）试验配方

（三）影响因素选择

1. 粘结砂浆影响因素选择

影响粘结砂浆拉伸粘结强度的因素很多，以纤维素醚、可再分散乳胶粉和憎水剂三个因素进行研究，每个因素取三个水平，纤维素醚以A表示，可再分散乳胶粉以B表示，憎水剂以C表示，各拟定因素及水平详细情况如表3所示。

2. 抹面砂浆影响因素选择

影响抹面砂浆拉伸粘结强度的因素很多，以纤维素醚、可再分散乳胶粉、木质纤维素和憎水剂四个因素进行研究，每个因素取三个水平，纤维素醚以A表示，可再分散乳胶粉以B表示，木质纤维素以C表示，憎水剂以D表示，各拟定因素及水平详细情况如表4所示。

（四）试验过程

粘结砂浆和抹面砂浆均采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机搅拌，按比例加入水、保温砂浆搅拌180S至拌和均匀。将拌和完毕的保温砂浆按照JG 149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》标准6.3.1和6.5.1规定进行拉伸粘结强度试件成型并养护，试件养护到期后在WDJ-50型万能材料试验机上进行拉伸粘结原强度、耐水强度试验，拉伸速度为5mm/min。

（五）正交试验表

1. 综合评分法

综合评分法就是根据各个指标的重要性的不同，给每一个试验评出一个分数，作为这个试验的总指标（一个指标），根据这个总指标（分数）进行分析，从而选出较好的试验方案。

在这个试验中，各个指标的重要性相同，因此各个指标的权均为1，按照权给出每个试验的总分为

总分=1×原强度+1×耐水强度

2. 粘结砂浆正交试验表

采用标准的三因素三水平的正交试验表制定试验方案，如果按照全面试验的方法，需做33=27次试验，才能覆盖全部的组合条件，而选用正交试验设计，在条件考察范围内，选择代表性强的少数试验，仅做9次试验，就能找到最优或较优的方案。试验指标是拉伸粘结强度原强度、耐水强度，D表示空白列。因素水平正交表如表5所示，效应曲线图如图1所示。

3. 抹面砂浆正交试验表

采用标准的四因素三水平的正交试验表制定试验方案，选用正交试验设计，在条件考察范围内，选择代表性强的少数试验，仅做9次试验，就能找到最优或较优的方案。试验指标是拉伸粘结强度原强度、耐水强度。因素水平正交表如表6所示，效应曲线图如图2所示。

二、试验分析

（一）粘结砂浆试验分析

根据综合评分的结果，直观上看，第9号试验的分数是最高的，但是第9号试验并不一定是最好的试验方案，下面我们进一步分析。

从表5可以看出，A、B、C三个因素的极差都很大，说明这三个因素对拉伸粘结强度的影响都很大。按极差由大到小的顺序依次为B>A>C，说明，可再分散乳胶粉的添加量是影响粘结砂浆拉伸粘结强度的主要因素，其次是纤维素醚，再次是憎水剂。按照因素影响的大小，B取第3水平为好，A取第3水平为好，C取第2水平为好。综合考虑，最好的试验方案应当是A3B3C2。按影响大小的次序列出应当是

B3可在分散乳胶粉第3水平3.0%

A3纤维素醚 第3水平0.60%

C2憎水剂第2水平0.30%

可以看出，这里分析出来的最好方案，就是第9号试验。从成本核算来看，第9号试验的成本是挺高的，对于企业控制成本来讲，可以在满足国家标准的前提下选取其他次优方案。

从图1可以看出，随着纤维素醚掺量的增加，拉伸粘结强度增加，0.40%以内增长快，0.40%以上增长缓慢，从拉伸粘结强度和经济性角度考虑，纤维素醚的最佳掺量宜为0.40%；可再分散乳胶粉也是如此，最佳掺量为2.5%；憎水剂随着掺量的增加，拉伸粘结强度先增大后减小，最佳掺量为0.30%。

（二）抹面砂浆试验分析

根据综合评分的结果，直观上看，第6号试验的分数是最高的，但是第6号试验并不一定是最好的试验方案，下面我们进一步分析。

从表6可以看出，A、B两个因素的极差都很大，说明这两个因素对拉伸粘结强度的影响都很大。按极差由大到小的顺序依次为B>A>D>C，说明，可再分散乳胶粉的添加量是影响抹面砂浆拉伸粘结强度的主要因素，其次是纤维素醚，再次是憎水剂，最后是木质纤维素。按照因素影响的大小，B取第3水平为好，A取第2或第3水平为好，D取第2水平为好，C取第3水平为好。综合考虑，最好的试验方案应当是A2B2C3D2或是A3B2C3D2。按影响大小的次序列出应当是

B3可在分散乳胶粉 第3水平3.0%

A2纤维素醚第2水平0.40%

D2憎水剂 第2水平0.30%

C3木质纤维素 第3水平0.40%

或者

B3可在分散乳胶粉 第3水平3.0%

A3纤维素醚第3水平0.60%

D2憎水剂 第2水平0.30%

C3木质纤维素 第3水平0.40%

可以看出，这里分析出来的最好方案，均不是第6号试验。我们需要对最优方案进行试验，再进一步判断。

从图2可以看出，随可再分散乳胶粉含量增加，拉伸粘结强度增加，但在2.5%以内增长快，2.5%以上增长变慢。随纤维素掺量增加，拉伸粘结强度增加，0.40%以内增长迅速，0.40%以上增长缓慢。随憎水剂掺量增加，拉伸粘结强度先变大后减小，0.30%时最大。木质纤维素掺量变化对砂浆拉伸粘结强度影响不大，主要起到触变、防护、吸收、载体和填充剂的作用。从拉伸粘结强度和经济性两方面综合考虑，可再分散乳胶粉含量为2.5%，纤维素醚含量为0.40%，憎水剂含量为0.30%，木质纤维素含量0.20%为最佳配合比。

三、结语

1. 随着可再分散乳胶粉掺量的增加，拉伸粘结强度逐渐提高；

2. 正交试验综合评分最优的结果并不一定是最经济的，需要根据企业对产品的定位进行优化选择；

3. 从经济性角度出发，本试验粘结砂浆中纤维素醚的最佳掺量宜为0.40%，可再分散乳胶粉最佳掺量宜为2.5%，憎水剂最佳掺量宜为0.30%。抹面砂浆中纤维素醚的最佳掺量宜为0.40%，可再分散乳胶粉最佳掺量宜为2.5%，木质纤维素最佳掺量宜为0.20%，憎水剂最佳掺量宜为0.30%。

参考文献：

[1] 陈魁.正交试验设计.应用概率统计[M].北京：清华大学出版社，2008.