石英砂添加量對瓷磚粘結(jié)劑粘附性能影響的研究

許林峰 鐘保民

摘 要：石英砂作為骨料添加到水泥中，既可以減少砂漿的干燥收縮，又可以降低成本。本研究通過試驗(yàn)研究了石英砂添加量對水泥砂漿原拉拔強(qiáng)度、熱循環(huán)后拉拔強(qiáng)度、凍融循環(huán)后拉拔強(qiáng)度、浸水后拉拔強(qiáng)度和破壞方式的影響。結(jié)果表明，隨著石英砂添加量的增加，水泥砂漿的原拉拔強(qiáng)度和在不同處理?xiàng)l件下的拉伸強(qiáng)度都有明顯的提高。當(dāng)石英砂的添加量超過70 wt% 后，水泥砂漿的拉拔強(qiáng)度開始出現(xiàn)下降的趨勢，并且破壞方式由剝離破壞轉(zhuǎn)變成表面拉裂破壞。

關(guān)鍵詞：瓷磚粘結(jié)劑；石英砂；拉拔強(qiáng)度；粘附強(qiáng)度

1 引言

陶瓷磚作為一種建筑表面裝飾材料，在家裝和工程裝飾方面具有廣泛的應(yīng)用。但是，隨著陶瓷磚瓷化程度越來越高，對膠粘材料的性能要求也越來越高。而傳統(tǒng)的普通水泥砂漿，粘附能力不夠強(qiáng)，容易在瓷磚和砂漿的界面出現(xiàn)空鼓剝離現(xiàn)象，導(dǎo)致瓷磚脫落[1， 2]。因此，開發(fā)價(jià)格便宜、操作簡便的瓷磚粘結(jié)劑具有重要的實(shí)用意義。

目前廣泛應(yīng)用的瓷磚粘結(jié)材料依然是高分子聚合物改性的水泥基復(fù)合材料，這種材料既保留了水泥砂漿穩(wěn)定的物化性能，又使其具有優(yōu)異的粘附性、施工性、保水性、抗熱耐凍等性能。以有機(jī)聚合物為添加劑的水泥基瓷磚膠產(chǎn)品在市場上有很多，其中有不少是知名品牌。但是，即使采用瓷磚膠對瓷磚進(jìn)行鋪貼，依然會(huì)在一些特定的場合存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。對于一些瓷化程度很高（吸水率< 0.1%）、規(guī)格較大的瓷磚，一般的瓷磚膠無法完全滿足粘貼要求。因此，對現(xiàn)有瓷磚膠產(chǎn)品的配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其粘附能力是很有必要的。水泥基瓷磚膠制備的文獻(xiàn)報(bào)道也有不少，但很少有人對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究[3-7]。

本研究的目的是系統(tǒng)探究石英砂添加量對瓷磚膠粘附性能的影響，從而優(yōu)化石英砂和水泥的配比。這在瓷磚粘結(jié)砂漿的生產(chǎn)過程中，對成本和性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

水泥：海螺P.O 42.5R水泥。

石英砂：99.8%，全部通過60 目篩。

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：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉。

淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。

減水劑：自配復(fù)合減水劑。

木質(zhì)短纖維：上海臣啟化工科技有限公司。

2.2 樣品制備

（1）原料配比

基料配比：水泥（wt%）+石英砂（wt%）=100 （wt%）。

添加劑：HPMC 0.4%，膠粉1%，淀粉醚0.1%，減水劑0.5%，木質(zhì)短纖維0.3%，均按基料質(zhì)量百分比計(jì)算。

（2）測試用瓷磚的制備

將正常生產(chǎn)的600 mm×600 mm瓷磚切割成10 mm×10 mm的小樣備用，樣品的吸水率< 0.10%。砂漿涂覆前需將瓷磚小片粘貼表面的水或灰塵用濕抹布擦干凈。

（3）砂漿制備

將水泥、石英砂、HPMC、膠粉、淀粉醚、減水劑、木質(zhì)短纖維按比例混合，加入水，均勻攪拌，靜置10 min待用。

（4）砂漿涂覆

將砂漿均勻涂覆在切割好的瓷磚上，厚度約4 mm。然后將涂覆好的樣品在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天。

（5）熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理

熱循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，置于80℃烘箱中4 h。然后冷卻到室溫，接著80℃處理4 h，循環(huán)5次。

凍融循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，置于-18℃凍箱中4 h。然后自然升溫到室溫，接著-18℃處理4 h，循環(huán)5次。

浸水處理：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，淹沒在水中，持續(xù)7天。然后將樣品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。

2.3 樣品測試

采用拉拔儀（PosiTest AT-M Manual Adhesion Tester）對制備好的樣品進(jìn)行測試。測試過程如下：

（1）在水泥砂漿表面切出一個(gè)圓圈，需徹底切開，深入到瓷磚表面。

（2）將拉拔圓盤用云石膠固定在切開的圓圈砂漿表面，將樣品置于50℃烘箱中固化10 min。

（3）用拉拔儀將圓盤緩慢拔起，記錄數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)測試10個(gè)樣品。

2.4 數(shù)據(jù)處理

計(jì)算10個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，舍去超過平均值±20%的數(shù)據(jù)。若剩余的數(shù)據(jù)超過5個(gè)，則求剩余數(shù)據(jù)的平均值。若剩余的數(shù)據(jù)少于5個(gè)，則重新試驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)及分析

3.1 石英砂添加量對拉拔強(qiáng)度的影響

圖1為石英砂添加量對樣品原拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著石英砂添加量的增加，樣品的原拉拔強(qiáng)度有一個(gè)明顯增加的趨勢。當(dāng)石英砂的添加量少于60 wt%時(shí)，測試數(shù)據(jù)的規(guī)律性不明顯，說明樣品的粘附性能不穩(wěn)定。當(dāng)石英砂的添加量超過65 wt%時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度隨著石英砂添加量的增加而增大，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

圖2為石英砂添加量對凍融循環(huán)后樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，當(dāng)石英砂的添加量少于60 wt%時(shí)，經(jīng)凍融循環(huán)后，樣品的拉拔強(qiáng)度只有0.3 MPa左右，且測試數(shù)據(jù)沒有明顯的規(guī)律性。而當(dāng)石英砂的添加量超過65 wt%時(shí)，樣品的拉拔強(qiáng)度顯著增加，超過0.7 MPa。并且隨著石英砂添加量的增加，測試數(shù)據(jù)有一個(gè)緩慢增加的趨勢，但是增加的幅度不大。

圖3為石英砂添加量對熱循環(huán)后樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著石英砂添加量的增加，樣品的抗熱拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)一個(gè)很規(guī)律的增加趨勢。當(dāng)石英砂的添加量超過70 wt%時(shí)，拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)輕微的下降趨勢。

圖4為石英砂添加量對浸水后樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，隨著石英砂添加量的增加，樣品的抗水拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)一個(gè)很規(guī)律的增加趨勢。當(dāng)石英砂的添加量超過70 wt%時(shí)，拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的下降趨勢。

3.2 石英砂添加量對粘附性能的影響

實(shí)際上，拉拔強(qiáng)度的測試數(shù)據(jù)并不能真實(shí)地反映瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能。因?yàn)楸狙芯恐欣螐?qiáng)度的數(shù)據(jù)來源于兩個(gè)方面：一是瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度，與材料本身的強(qiáng)度有關(guān)；二是瓷磚粘結(jié)劑的粘附強(qiáng)度，與材料的粘附性能有關(guān)。如果瓷磚粘結(jié)劑的粘附強(qiáng)度高于拉伸強(qiáng)度，那么測試樣品的破壞方式為表面或中間斷裂，如圖5（a）所示。如果瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度高于粘附強(qiáng)度，那么測試樣品的破壞方式為整體剝離，如圖5（b）所示。所以在考察瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉拔強(qiáng)度和破壞方式。

表1統(tǒng)計(jì)了不同石英砂添加量的樣品經(jīng)拉拔后的破壞方式，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)10個(gè)樣品。由表中的結(jié)果可知，當(dāng)石英砂的添加量少于65 wt%時(shí)，所有的樣品均為剝離破壞。當(dāng)石英砂的添加量達(dá)到70 wt%時(shí)，樣品開始出現(xiàn)表面拉裂破壞。當(dāng)石英砂添加量達(dá)到75 wt%時(shí)，樣品出現(xiàn)表面拉裂的概率增加。但是，經(jīng)熱處理的樣品，即使石英砂的添加量達(dá)到75 wt%，也沒有出現(xiàn)表面拉裂破壞的情況。

結(jié)合3.1節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，當(dāng)石英砂的添加量較少時(shí)（< 60 wt%），粘附強(qiáng)度是很低的，低于粘結(jié)劑的抗拉強(qiáng)度。因此，樣品容易出現(xiàn)剝離破壞。當(dāng)石英砂的添加量較多時(shí)（> 65 wt%），粘結(jié)劑的抗拉強(qiáng)度減小，粘附強(qiáng)度顯著增加。因此，樣品開始出現(xiàn)表面拉裂破壞。由此可見，當(dāng)石英砂添加量較少時(shí)，粘結(jié)劑的粘附性能較差。而當(dāng)石英砂的添加量較多時(shí)，粘結(jié)劑的粘附性能較好。但當(dāng)石英砂的添加超過一定量時(shí)，粘結(jié)劑雖然不會(huì)發(fā)生脫附，但是會(huì)發(fā)生斷裂。

4 討論

結(jié)合拉拔強(qiáng)度的測試數(shù)據(jù)和樣品破壞方式的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，石英砂的添加量較少時(shí)，樣品的原拉拔強(qiáng)度、凍融循環(huán)、熱循環(huán)、浸水拉拔強(qiáng)度都是很低的。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因主要是石英砂添加量少時(shí)，砂漿干燥產(chǎn)生的收縮大，在界面出現(xiàn)大的界面應(yīng)力，在外力作用下，或遇到熱脹冷縮、吸水膨脹等情況時(shí)，很容易發(fā)生剝離。而隨著石英砂含量的增加，砂漿干燥產(chǎn)生的收縮減小，產(chǎn)生的界面應(yīng)力也相應(yīng)減小，從而使得砂漿的粘附能力增強(qiáng)，不易出現(xiàn)剝離。但是，當(dāng)石英砂的添加量超過一定量時(shí)，由于作為膠凝材料的水泥含量減少，導(dǎo)致砂漿的拉伸強(qiáng)度降低，容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

因此，在配制瓷磚粘結(jié)劑時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制石英砂的添加量，不宜太少，也不宜過多。具體的配比與石英砂的粒度和水泥的標(biāo)號有關(guān)，應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。

5 結(jié)論

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石英砂的添加量對瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能有重要的影響。當(dāng)石英砂的添加量少于60 wt%時(shí)，樣品很容易發(fā)生剝離；當(dāng)石英砂的添加量大于65 wt%時(shí)，瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能大大提高。經(jīng)過冷、熱、水處理后，拉拔強(qiáng)度均可以達(dá)到0.6 MPa以上；當(dāng)石英砂的添加量達(dá)到75 wt%時(shí)，雖然粘結(jié)劑的粘附性能沒有顯著下降，各項(xiàng)指標(biāo)均超過0.7 MPa，但是拉伸強(qiáng)度顯著下降。因此，石英砂的添加量應(yīng)控制在65 wt%～75 wt%之間。

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Effect of Silica Sand on Adhesive Property of Ceramic Tile Adhesive

XU Lin-feng， ZHONG Bao-min

（Guangdong Dongpeng Limited Liability Company， Foshan 528000）

Abstract： The cost and drying shrinkage of cement mortar can be reduced by addition of silica sand as an aggregate. The effect of silica sand addition amount on the original， thermal cycle， freeze cycle， and soaking treatment drawing strength and mode of failure of the cement mortar was investigated in this study. The results show that the original drawing strength and drawing strength tested under various treatment condition increased with the silica sand content. However， drawing strength of the cement mortar started to decrease with more than 70 wt% silica sand addition， which resulted in a transformation of interface delaminating damage into surface cracking destruction.

Keywords： Tile adhesive；Silica sand；Tensile strength；Adhesion strength