瓷砖复合板的结构设计与自动生产线规划论文_梁英扬

摘要：本文对目前瓷砖的加工难点和瓷砖复合板的精度问题进行分析，定出瓷砖复合板的结构设计方案，通过多项工艺实验的验证和工艺的调整，得出一个适合生产瓷砖复合板的结构方案和流水生产线规划。

关键词：瓷砖复合板；陶瓷复合板；瓷砖墙板；集成墙板；内装工业化

【引言】

瓷砖是由粘土，石英砂等原料混合加工而成的建筑装饰材料，瓷砖的表面会呈现出石质或瓷质，具有硬度高，耐酸碱，环保等特点，主要在建筑外墙或室内装修中使用。

瓷砖的生产要经过最重要的一道工序，那就是烧制，在1000多摄氏度的窑炉内烧制使瓷砖的硬度非常高，而且烧制过程中瓷砖将会有外形上的收缩。

因为瓷砖硬度高的原因，瓷砖的加工只能使用研磨的刀具，如砂轮切割片，水磨片等，加工中还要加水辅助作业，而且瓷砖的尺寸不稳定，需要二次加工，并且容易脆裂，因此瓷砖的加工比其它常规建筑材料要困难。

瓷砖的装修铺贴，需要在现场采用砂浆水泥等辅料湿法作业，存在着标准化作业程度低、质量不稳定、施工周期长等问题。

瓷砖的铺贴有着五大难点1）铺贴的基面存在凹凸不平、空洞、蜂窝麻面等常规缺陷，铺贴瓷砖前，都需要对基面进行修补刮平，封闭等处理，十分耗时；2）瓷砖本身会有收缩变形，存在弯曲、翘曲等变形，国家标准允许1.2mm的变形量（边长度600mm以内），因此瓷砖铺贴中经常需要用胶锤敲击压实辅助纠正；3）瓷砖的间隙的不齐，瓷砖的长度尺寸是有偏差的，国家标准允许1mm的尺寸偏差（边长度600mm以内），因此铺贴中会存在间隙不均的问题，需要边铺贴边调整，甚至需要挑砖分类才能铺贴；4）阴阳角的直角度，瓷砖的铺贴除了需要保证竖边垂直，还要保证平面与地面之前的垂直，阴阳角的地方还需要保证各墙面之前的垂直度，手工操作非常固难；5）铺贴的空鼓，贴瓷砖之前，如果砂浆没有调配比例合理、混合均匀、施工时间过长，很容易造成空鼓，质量很难控制。

建筑业人工费用逐年上升，农民工从事建筑业意愿持续走低。据统计局数据，我国建筑业农民工收入水平逐年上涨，2017年平均月收入达到3，918元，2009-2017年收入水平增加Cagr为11.6%；方一方而从事建筑业农民工占 比2014年起呈下降趋势，农民工选择建筑业您愿持续走低，预计未来将进 一步推动建筑业人工费用上升。

瓷砖复合板通过对瓷砖进行结构上的增强，可以使瓷砖的加工和铺贴工作在工厂里面完成，减少了施工现场建筑业农民工，大大提高工了现场的安装效率并降低建造成本。

目前瓷砖复合板的生产加工，普遍采用工厂手工完成，无法避开瓷砖本身的加工难题，效率慢精度低，本文通过对瓷砖精度要求的研究，提出精度可控的结构设计方案，并对生产效率进行工艺试验研究，得出瓷砖复合板的自动生产设备方案。

一.瓷砖复合板的精度要求

1.1组装完工的精度要求；

根据中华人民共和国标准GB50300-2011《建筑装饰装修工程质量验收规范》，瓷砖铺贴完工验收要求瓷砖表面平整度偏差2mm，接缝直线度偏差1mm，接缝高低偏差0.5mm，接缝宽度偏差1mm，详见以下表格：

一般卫生间的面积为4平方，比较经典的尺寸为2000mmx2000mmx2400mmH和2400mmx1670mmx2400H，从以上的表格中可以看出，对这种尺寸要求的精度是不容易的，而且对于瓷砖复合板来说，这是一个组装后的尺寸，也就意味着每一块瓷砖复合板的精度有着更高的要求。

1.2每块板的精度要求；

每一块瓷砖复合板的精度要求取决于分板的数量，按市面上常规的瓷砖尺寸600mmx300mm，按以上最大长度尺寸2400mm/600mm=4，可见这里需要4块瓷砖复合板进行组装，假设总尺寸的偏差为±2mm，板与板之间的接缝直线度偏差0.5mm，接缝高低偏差0.3mm，，那么每一块瓷砖复合板的精度要求为：宽度±0.5mm，平整度偏差2mm，接缝直线度偏差0.5mm，接缝高低偏差0.2mm，接缝宽度偏差1mm。

可见这个精度要求是非常高的，其中的接缝高低偏差只有0.2毫米，而瓷砖复合板是由多层材料复合而成的，假设这多层的材料都是刚性的，那么每一种材料占用的厚度都要控制到0.1mm以下偏差的水平。但事实上，市面上根本没有通用的建筑材料可以做到这种精度。我们只能通过使其中一层采用非刚性材料，使这一层材料的厚度在成形过程中是可以变化的方向来补偿其他成层刚性材料的偏差。

二.瓷砖复合板的生产效率要求

2.1产能设定

预计未来十年整装卫浴市场每年会有约30万套增量的市场需求，假设市场占有率20%，即设定每年产6万套，每一套平均有13片瓷砖复合墙板，刚每月需要生产6万片瓷砖复合板，即要求每天2000片板的产能。

假设有10条生产线，一天生产10小时，那么要求每分钟产3.3片板，每片板的生产节拍是3分钟/片板。

对于这么高效率的产能要求，只能通过自动化生产线才能解决，而且墙板的复合时间需要快速完成，必须用一种可控制成型速度的材料。

三.瓷砖复合板的结构方案设计

3.1结构方案

参考以上的条件，可以满足精度控制和快速长形的瓷砖复合板复合材料有：热固环氧树脂和热固聚胺脂，这两种材料在常温下干固，需要时间在4小时左右，但通过加热可以使干枯时间缩小到几分钟，而且作为瓷砖复合板的其中一层，热固环氧树脂和热固聚氨酯树脂都可以调整厚度，补偿、纠正整片瓷砖复合板的厚度。

考虑到环氧对无机材料的渗透性强，而聚氨酯材料适合金属材料间的粘贴，推荐两种瓷砖复合板的结构方案，第1种结构方案是瓷砖+环氧树脂+纤维水泥板+轻钢龙骨，第2种结构方案是瓷砖+聚氨酯树脂+铝蜂窝芯+聚氨酯树脂。

考虑到瓷砖复合板需要应用的场景有防火要求，环氧树脂比聚氨酯树脂在燃烧性能上更有优势，故以下本文对只对方案1进行分析。

四.工艺实验

4.1不同温度和时间下的环氧树脂粘结瓷砖强度分析

根据《JG/J 110-2008建筑工程饰面砖粘结强度》检验标准要求，平均粘结强度不能小于0.6Mpa，采用不同温度和时间下对环氧树脂粘结瓷砖的粘贴强度测试，得出以下结论，因此选用80℃25分钟的工艺时间最合适。

4.2不同出胶直径和时间下的环氧树脂的铺贴面积占比

瓷砖的厚度偏差为0.5mm，纤维水泥板的厚度偏差为0.6mm，轻钢龙骨的厚度偏差为0.5mm，环氧树脂胶的厚度宜为0.5mm。

因此环氧树脂胶的出胶直径宜为3mm及以上，出胶直径越大，瓷砖复合板的厚度精度的补偿范围越大，但粘贴的均匀性会越差，影响粘贴质量。而出胶间距越密，粘贴的均匀性会越好，但效率又会变低，根据以下表格试验，选用5mm的出胶直径、15mm的出胶间距最合适。

五.自动流水生产线设计

5.1 生产工艺路线

5.2 自动流水生产线布局规划

5.3自动流水生产线模块说明

主线的设计节拍为3分钟，轻钢龙骨下料采用高度集成的轻钢龙骨生产线，成形、冲孔、开缺、缩口一体成型，轻钢龙骨框架的组装采用磁力装置纠正龙骨的直线度和平面度，自动锁螺钉模块、自动涂胶、机器手全采用全自动的电脑编程，热压机与主线进行联动运行，对工件进行压平后留有人工校验工位保证质量控制，加热固化位2个+回线6个共8个工位可加热24分钟满足热固化工艺要求。

六.结语

以上的瓷砖复合板精度可控的结构设计方案和瓷砖复合板的自动生产线方案，能够保证精度的同时也保证了产能，很好的解决了瓷砖本身的加工难题，效率慢精度低的问题，使墙板的生产制作流水化，非常利于产品推广。所生产的瓷砖复合板，性能优异、成本低，在装配式隔墙、装配式厨卫方面，将会得到广泛的推广应用。

参考文献：

[1] GB50300-2011《建筑装饰装修工程质量验收规范》

[2]《JG/J 110-2008建筑工程饰面砖粘结强度》

论文作者:梁英扬

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/30

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