不同膠粉及水泥用量的瓷磚膠耐久性影響因素研究

王娟，寇玉德，陳寧

（1.上海市建筑科學(xué)研究院，上海 201108；2.上海市建筑建材業(yè)市場管理總站，上海 200032）

0 前言

瓷磚膠主要應(yīng)用于內(nèi)外墻面、地面、浴室、廚房等建筑的飾面裝飾場所，其可減少粘結(jié)材料用量，降低瓷磚粘結(jié)厚度和重量，減輕瓷磚重量，減少分層和剝落的問題。優(yōu)異的瓷磚膠應(yīng)和基材、瓷磚粘結(jié)牢固，柔韌性良好，能適應(yīng)由于環(huán)境原因引發(fā)的熱脹冷縮現(xiàn)象，適應(yīng)各個季節(jié)的環(huán)境溫度變化，有較好的穩(wěn)定性，還應(yīng)具備一定防水性和保水性，有效隔絕水的侵蝕。其性能指標(biāo)主要集中體現(xiàn)在拉伸粘結(jié)強(qiáng)度指標(biāo)，耐久性優(yōu)劣簡化以熱老化、浸水及凍融后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度來衡量。

隨著瓷磚膠越來越廣泛地被工程所接受，不少學(xué)者開展了針對其添加劑和與瓷磚、防水漿料基材適應(yīng)性的研究。熊佑明等[1]研究了可再分散聚合物膠粉和聚乙烯醇對瓷磚粘結(jié)劑的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和柔韌性影響。溫和等[2]研究了水泥用量、砂子級配和膠粉用量對水泥基瓷磚膠粘劑拉伸粘結(jié)原強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度和耐熱強(qiáng)度的影響。李玉海[3]探討了水泥量、標(biāo)準(zhǔn)磚類型在不同養(yǎng)護(hù)條件下對瓷磚膠拉拔強(qiáng)度的影響。武紅霞等[4]研究了水泥基膠粘劑與3種不同吸水率的瓷磚的膠粘強(qiáng)度和濕拌砂漿的性能。董峰亮等[5]研究了在濕屋體系中不同聚合物含量的防水漿料與瓷磚粘貼材料的相容性。以上這些研究重點關(guān)注了膠粉、瓷磚對于拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響、瓷磚膠與基材適應(yīng)性等內(nèi)容，未深度解析瓷磚膠的劣化機(jī)理以及耐久性影響因素。本文從不同膠粉摻量、水泥用量、基材含水率等角度解析了瓷磚膠的劣化機(jī)理以及耐久性影響因素，可為從材性角度分析建筑瓷磚脫落等劣化的原因以及生產(chǎn)企業(yè)瓷磚膠耐久性提升提供一定參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥（C）：P·O42.5，上海萬安，主要性能見表 1；砂（S）：30～90目河砂，顆粒級配見表2，細(xì)度模數(shù)為1.6；纖維素醚（e）：粘度為 40 Pa·s，浙江中維有限公司；乳膠粉（P）：醋酸乙烯和乙烯共聚可再分散乳膠粉（EVA，P1）、苯乙烯和丙烯酸酯共聚可再分散乳膠粉P2，最低成膜溫度均為0℃，ELOTEX生產(chǎn)；其他添加劑包括淀粉醚、早強(qiáng)劑，用O表示。

表1 水泥的物理性能

表2 細(xì)砂顆粒級配

1.2 試驗方法

參照J(rèn)C/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》的要求進(jìn)行拌和、成型測試試件。瓷磚膠養(yǎng)護(hù)條件包括28 d標(biāo)養(yǎng)、7 d標(biāo)養(yǎng)和21 d水養(yǎng)、7 d標(biāo)養(yǎng)+21 d水養(yǎng)及凍融循環(huán)、14 d標(biāo)養(yǎng)+14 d 70℃養(yǎng)護(hù)等4種情況。其中部分配比所用的混凝土板采用烘干及非烘干2種條件?；遒徺I自上海增司工貿(mào)有限公司，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 配合比

表3為試驗瓷磚膠的配合比，水粉比均為0.22。其中1#～5#配方的耐熱老化性能采用了烘干及未烘干2種混凝土板，其余性能全采用未烘干混凝土板。6#～9#配方全部采用烘干混凝土板。

表3 瓷磚膠的配合比

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 EVA膠粉摻量對瓷磚膠耐久性的影響

2.1.1 EVA膠粉摻量對瓷磚膠28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響（見圖1）

圖1 EVA膠粉摻量對瓷磚膠28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響

由圖1可知，瓷磚膠（1#～5#）的28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨著膠粉摻量的增加呈不斷提高的趨勢，在未摻膠粉時28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為1.25 MPa，在膠粉摻量為0.5%時拉伸粘結(jié)強(qiáng)度反而有所降低為1.19 MPa，在膠粉摻量1.0%時拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為1.37 MPa，較未摻膠粉時略有提高，之后隨著膠粉摻量的增加拉伸粘結(jié)強(qiáng)度上升較為明顯。摻加可再分散膠粉可使聚合物膜（乳膠膜）形成并構(gòu)成孔壁的一部分，從而對砂漿的高孔隙構(gòu)造起到了封閉的作用。乳膠膜具有自拉伸機(jī)制，可對其與砂漿錨接之處施加拉力。通過這些內(nèi)部作用力，將砂漿保持為一個整體。EVA膠粉摻量在低于0.5%時對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提高作用并不明顯，膠粉摻量對成膜量影響明顯，膠粉用量建議不低于1.0%。

2.1.2 EVA膠粉摻量及基材狀態(tài)對瓷磚膠熱老化粘結(jié)強(qiáng)度的影響

最新標(biāo)準(zhǔn)JC/T 547—2017要求混凝土板全部采用烘干后的混凝土板，在該標(biāo)準(zhǔn)修訂前只需將混凝土板控制在一定的含水率之下。研究采用了2種混凝土板，一種標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)1個月后的混凝土板直接成型，另一種混凝土板在105℃烘干5 h養(yǎng)護(hù)24 h直接成型。圖2為EVA可再分散乳膠粉摻量對瓷磚膠熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響。

圖2 EVA膠粉摻量及基材狀態(tài)對瓷磚膠熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖2可知，未摻EVA膠粉的1#試樣采用烘干及未烘干混凝土板瓷磚膠的熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度都小于0.5 MPa；在膠粉摻量0.5%時采用烘干板材的瓷磚膠拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為0.72 MPa，采用未烘干板材則為0.26 MPa；在膠粉摻量1.0%時采用烘干板材的瓷磚膠熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為1.23 MPa，采用未烘干板材則為0.24 MPa；在膠粉摻量為2.0%時采用烘干板材的瓷磚膠熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為1.78 MPa，采用未烘干板材則為0.69 MPa。

綜上可知，用烘干后的混凝土板的瓷磚膠耐熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度普遍高于采用未烘干板材，采用烘干板材的瓷磚膠拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨膠粉摻量的增加明顯提高，膠粉摻量1.0%時即可大于1.0 MPa。采用未烘干板材的瓷磚膠拉伸粘結(jié)強(qiáng)度在膠粉低摻量時提高并不明顯，當(dāng)膠粉摻量2%時拉伸粘結(jié)強(qiáng)度才大于0.5 MPa。原因在于瓷磚膠置于70℃烘箱中熱老化14 d，在高溫下瓷磚膠發(fā)生疲勞應(yīng)變，膠粉形成的聚合物膜變形能力強(qiáng)，是抵抗瓷磚膠應(yīng)變的主要因素?；炷涟逯械乃衷诟邷貤l件下不斷蒸發(fā)，混凝土板中水分越少則水分在蒸發(fā)時產(chǎn)生的壓力越小，對瓷磚膠的界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度越有利。當(dāng)混凝土板未烘干時膠粉摻量需提高至2.0%以上才有利于抵抗水分蒸發(fā)的壓力帶來的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度損失。

2.1.3 EVA膠粉摻量對瓷磚膠浸水及凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

圖3為EVA膠粉摻量對瓷磚膠浸水及凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，浸水條件是標(biāo)養(yǎng)7 d后泡水21 d，耐凍融條件是標(biāo)養(yǎng)7 d、泡水21 d及凍融循環(huán)，因此烘干與未烘干混凝土板對于浸水、耐凍融條件來說影響并不大，故未比較2種混凝土基板的區(qū)別。

圖3 EVA膠粉摻量對瓷磚膠浸水及凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖3可知，未摻EVA膠粉的1#試樣浸水及凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度分別為0.35、0.38 MPa。隨著膠粉摻量的增加，浸水及凍融強(qiáng)度提高并不明顯，膠粉摻量為2.0%時浸水及凍融強(qiáng)度才大于0.5 MPa。結(jié)果表明，在水泥含量35%時低EVA膠粉摻量的瓷磚膠的浸水及凍融較差。水泥摻量35%時瓷磚膠密實度不佳，水分通過毛細(xì)孔和空隙不斷滲透到瓷磚膠和混凝土板以及瓷磚膠和瓷磚界面處，在界面處形成水汽層進(jìn)而降低瓷磚膠的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，當(dāng)膠粉摻量少時膠粉乳化成膜量低，親水基團(tuán)在水分作用下不斷分散溶脹，只有當(dāng)摻量較高時才可發(fā)揮粘結(jié)作用。凍融循環(huán)要求瓷磚膠既要耐水又要耐凍，在此過程中，水分不斷結(jié)冰融化產(chǎn)生膨脹收縮應(yīng)力，在應(yīng)力疲勞作用下瓷磚膠界面和內(nèi)部即會產(chǎn)生微裂縫。裂縫部位為防水薄弱環(huán)節(jié)，隨著水分的侵蝕和應(yīng)力變形的不斷積累，裂縫不斷擴(kuò)展。當(dāng)膠粉含量較高時才可在瓷磚膠中形成連續(xù)膜，進(jìn)而抵擋裂縫的擴(kuò)展，繼續(xù)發(fā)揮粘結(jié)作用。

2.2 水泥摻量對瓷磚膠耐久性的影響

圖4為不同水泥摻量對瓷磚膠耐久性的影響，分別為5#～9#配方，其中水泥摻量從35%提高到43%。

圖4 水泥摻量對瓷磚膠耐久性的影響

由圖4可知，瓷磚膠熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度相近，甚至隨著膠粉摻量的增加而高于28 d初始值。隨著水泥摻量的增加，28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度呈不斷提高的趨勢，浸水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度在水泥摻量為40%時達(dá)到最高值1.89 MPa，之后反而下降至1.6 MPa。耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度也有隨著水泥摻量增加先提高后降低的趨勢，在40%水泥摻量和1%膠粉摻量時達(dá)到最大值，之后隨著水泥摻量的提高反而有所下降。

圖5為4組試樣耐凍融后拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測試的界面。

圖5 4組試樣耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測試后的界面

圖5 （a）顯示，35%水泥摻量和2%EVA膠粉摻量的瓷磚膠在凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度時測試時破壞界面位于瓷磚膠內(nèi)部，瓷磚膠并不密實且存在一些孔隙。圖5（b）顯示，破壞界面位于瓷磚膠表層，38%水泥摻量和2%EVA膠粉摻量的瓷磚膠較為密實，耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大于1.0 MPa。圖5（c）顯示，破壞界面位于瓷磚膠表層很小部分界面，觀察到該采用40%水泥摻量和3%苯丙膠粉摻量的瓷磚膠表面致密。其耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大于1.0 MPa，較7#配方同水泥摻量和2%EVA膠粉的耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度已經(jīng)有所降低。圖5（d）顯示，破壞界面有的位于瓷磚膠表層很小部分界面，有的表面致密平整并無拉伸破壞，實際耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較40%水泥摻量時降低至0.68 MPa。綜上說明，水泥摻量過高后使得瓷磚膠過于致密導(dǎo)致與瓷磚的機(jī)械錨合力降低，在凍融條件下界面處于反復(fù)膨脹收縮應(yīng)力作用下，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度反而不斷下降。

3 結(jié)論

（1）瓷磚膠的28 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度主要與水泥及膠粉摻量有關(guān)。膠粉摻量在低于1%時成膜量低，對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度提高有限。

（2）瓷磚膠浸水拉伸粘結(jié)強(qiáng)度主要與水泥摻量有關(guān)，當(dāng)水泥摻量低時耐水性下降。但水泥摻量也不宜過高，瓷磚膠表面致密反而不利于與瓷磚的機(jī)械錨合力。膠粉乳化成膜后遇水易溶脹，需提高膠粉摻量保證同樣的粘結(jié)效果。一定添加劑作用保證下水泥摻量不宜低于35%且不宜高于40%，膠粉摻量宜高于2%，并應(yīng)根據(jù)不同的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度要求適當(dāng)提高。

（3）瓷磚膠耐凍融拉伸粘結(jié)強(qiáng)度既要求其耐水又要有一定耐應(yīng)力變形能力，水泥摻量同樣不宜過高，因為致密的表面在凍融循環(huán)的膨脹收縮應(yīng)力作用下與瓷磚的錨合力會進(jìn)一步下降，同時膠粉摻量也不宜過低。一定外加劑作用保證下水泥摻量不宜低于35%且不宜高于40%，膠粉含量宜高于2%，并應(yīng)根據(jù)不同的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度要求適當(dāng)提高。

（4）瓷磚膠耐熱老化拉伸粘結(jié)強(qiáng)度要求其耐高溫變形能力強(qiáng)，同時高溫時若基材含水率高，水分通過毛細(xì)孔和空隙不斷滲透到瓷磚膠和混凝土板以及瓷磚膠和瓷磚界面處，在界面薄弱處形成水汽層進(jìn)而降低瓷磚膠的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。因此影響其耐高溫的主要因素是膠粉含量與基材含水率。

[1] 熊佑明，楊振業(yè)，于全偉.可再分散聚合物膠粉與聚乙烯醇對瓷磚粘結(jié)劑性能的影響比較[J].遼寧建材，2008（8）：42-44.

[2] 溫和，李龍梓，吳開勝.水泥基瓷磚膠粘劑性能的影響因素研究[J].新型建筑材料，2016，43（1）：37-39.

[3] 李玉海.水泥量及標(biāo)準(zhǔn)磚狀態(tài)對瓷磚膠拉拔強(qiáng)度的影響[J].新型建筑材料，2009，36（3）：21-22.

[4] 武紅霞，任紅曉，徐建民.水泥基膠粘劑在不同吸水率瓷磚上的應(yīng)用研究[J].新型建筑材料，2014，41（4）：83-85.

[5] 董峰亮，萬德剛，張泳東.濕屋體系瓷磚空鼓脫落原因及對策[C]//中國建筑材料聯(lián)合會預(yù)拌砂漿分會.第五屆（中國）國際建筑干混砂漿生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)研討會論文集.北京：2012.