陶瓷磚吸水率、背紋及磚底粉殘留量對(duì)粘結(jié)性能的影響*

張松竹

(蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528000)

陶瓷磚作為建筑裝飾材料，被廣泛應(yīng)用于建筑外墻及室內(nèi)墻地面的裝飾。目前陶瓷磚墻面裝飾的鋪貼工藝主要有干掛法和濕貼法兩種。干掛法安全系數(shù)較高，適用面更廣，但是由于施工工序比較復(fù)雜，成本較高，且空間損失較大，應(yīng)用相對(duì)較少。濕貼法有水泥砂漿和瓷磚粘結(jié)劑濕貼(掛貼)兩種方式，傳統(tǒng)貼法是將抹有水泥砂漿的瓷磚壓貼到基材上固定起來，水泥砂漿把瓷磚和基材之間的空隙填滿，接著被壓實(shí)，細(xì)小的水泥顆粒在滲入瓷磚多孔的背面同時(shí)也滲入多孔的基材中，隨著水泥漿的硬化，瓷磚和基材的粘結(jié)完成[1]。因施工費(fèi)用較少，空間損失小，施工工藝簡(jiǎn)單，目前采用比較多[2]。由于受施工技術(shù)、防水和粘結(jié)材料、人員技術(shù)熟練度、施工工藝、房屋基礎(chǔ)下沉等諸多因素的影響，陶瓷磚在工程應(yīng)用中鋪貼完成1～2年的時(shí)間后偶爾會(huì)遇到脫落、空鼓等現(xiàn)象。而這一現(xiàn)象所引發(fā)的糾紛，因?yàn)闆]有陶瓷磚鋪貼應(yīng)用方面的相關(guān)理論數(shù)據(jù)支撐，所以往往以陶瓷磚公司付出經(jīng)濟(jì)賠償了結(jié)。因此，如何減少此類問題的發(fā)生，亦成為影響陶瓷生產(chǎn)企業(yè)效益和社會(huì)效應(yīng)的重要因素。為進(jìn)一步加強(qiáng)陶瓷磚在鋪貼應(yīng)用方面的研究，解決長(zhǎng)期以來因缺乏相應(yīng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)且無理論基礎(chǔ)支撐的現(xiàn)象，蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司作為陶瓷磚生產(chǎn)企業(yè)，從陶瓷磚產(chǎn)品本身出發(fā)，研究了陶瓷磚吸水率、背紋、“磚底粉”對(duì)粘結(jié)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：海螺牌32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；

砂：普通河沙；

瓷磚膠：PD303

陶瓷磚：蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司不同吸水率、不同背紋、不同程度殘留磚底粉的瓷質(zhì)磚、細(xì)炻磚、陶質(zhì)磚。

1.2 試驗(yàn)方法

測(cè)試主要依據(jù)JCT 547-2005中水泥基膠粘劑的測(cè)試方法來做測(cè)試，主要測(cè)試了原強(qiáng)度、20 min晾置時(shí)間強(qiáng)度、耐溫(熱老化)強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度(浸水強(qiáng)度)。測(cè)試環(huán)境：21～25 ℃，濕度 45%～55%，風(fēng)速小于0.2 m/s。在測(cè)試之前，所有的混凝土板在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)至少28 d； 原強(qiáng)度、20 min晾置時(shí)間強(qiáng)度、耐溫強(qiáng)度和耐水強(qiáng)度的測(cè)試步驟詳情請(qǐng)見JCT 547-2005 中的7.1-7.5。

2 陶瓷磚脫落淺析

根據(jù)《建筑工程飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 110-2010)標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷磚飾面工程粘結(jié)強(qiáng)度要求不小于0.4 MPa，相當(dāng)于40 t/m2，這是一個(gè)足夠保證外墻飾面磚安全的強(qiáng)度要求，且是工程實(shí)踐中必須要遵循的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

陶瓷磚脫落主要有兩種形式：一是粘結(jié)砂漿與基層脫開；二是粘結(jié)砂漿與陶瓷磚脫開。陶瓷磚脫落原因是復(fù)雜的，從本質(zhì)上看是陶瓷磚與基材之間的部分粘結(jié)界面所承受的拉應(yīng)力，已經(jīng)超過其抗拉強(qiáng)度。自工程驗(yàn)收之日起，拉應(yīng)力隨外界環(huán)境變化逐漸增大，系統(tǒng)中殘存的水分以及后期進(jìn)入的水分加劇了濕漲干縮、凍漲融縮的破壞力。因此，提高陶瓷磚粘貼的安全性應(yīng)從兩方面入手：一是提高系統(tǒng)的抗拉強(qiáng)度。陶瓷磚性能包括吸水率、背部結(jié)構(gòu)、磚底粉殘余量、自重、水蒸氣滲透系數(shù)等指標(biāo)，以提高粘結(jié)砂漿與陶瓷磚之間的吸附、滲透、錨固性能；保證粘貼面積；提高粘結(jié)砂漿和勾縫劑的耐侯性。二是降低、分散、傳遞拉應(yīng)力。限制陶瓷磚、勾縫劑的吸水量；保證系統(tǒng)的逐層透氣性，防止在粘結(jié)界面富集水；盡量延長(zhǎng)各結(jié)構(gòu)層施工的開放時(shí)間；設(shè)置伸縮縫；使用錨釘、增強(qiáng)網(wǎng)、分層支托等方式；提高粘結(jié)砂漿、勾縫劑的變形能力[3]。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 吸水率對(duì)對(duì)瓷磚膠粘結(jié)強(qiáng)度影響

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4100-2015，陶瓷磚按吸水率可分為低吸水率磚(Ⅰ類)、中吸水率(Ⅱ類)和高吸水率(Ⅲ類)。結(jié)合蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司陶瓷磚，瓷片的吸水率為15%，屬于高吸水率陶瓷磚；小地磚的吸水率為5%左右，屬于中吸水率陶瓷磚；瓷質(zhì)磚和陶瓷薄板吸水率<0.1%，屬于低吸水率陶瓷磚。

3.1.1 原強(qiáng)度測(cè)試

測(cè)試環(huán)境：21～25 度；濕度 45%～55%，風(fēng)速小于0.2 m/s，鋪貼的都是50 mm×50 mm 的小磚。

圖1 不同吸水率瓷磚匹配不同瓷磚膠的粘結(jié)強(qiáng)度結(jié)果

從圖1可以看出，不論使用哪種類型的瓷磚膠，隨著瓷磚吸水率的增高，粘結(jié)強(qiáng)度整體也呈上升趨勢(shì)，說明了瓷磚吸水率對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度有很大影響；鋪貼低吸水率的瓷質(zhì)磚，我們需要謹(jǐn)慎地選擇性能更優(yōu)異的瓷磚膠PD506來鋪貼；對(duì)于細(xì)炻磚和陶質(zhì)磚，PD202 和PD303 以及PD506 的性能測(cè)試結(jié)果完全滿足要求，說明陶瓷磚吸水率較高時(shí)，普通型的瓷磚膠亦可基本滿足需求。

表1 不同吸水率瓷磚匹配水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

從表1可以看出，原始強(qiáng)度均隨著瓷磚吸水率增加呈上升趨勢(shì)。

3.1.2 外墻切割拉拔測(cè)試

三種吸水率磚尺寸為300 mm×300 mm，在外墻鋪貼后養(yǎng)護(hù)28 d，再進(jìn)行切割拉拔；

對(duì)于低吸水率的瓷質(zhì)磚，PD303 和PD506 的測(cè)試都比較理想，但還是顯著低于其他兩種陶瓷磚(吸水率比較高) 的拉拔數(shù)據(jù)，進(jìn)一步說明了低吸水率瓷質(zhì)磚對(duì)瓷磚膠的粘結(jié)力有更高要求；

對(duì)于吸水率稍高的細(xì)炻磚(3%～6%)和陶質(zhì)磚(>10%)，PD202 和PD303 都已經(jīng)可以較好地滿足較牢固的粘貼需求。

圖2 不同吸水率瓷磚對(duì)外墻切割拉拔強(qiáng)度的影響

3.2 背紋形狀對(duì)瓷磚膠粘結(jié)強(qiáng)度影響

目前陶瓷磚背紋的選取主要從美觀度及磚坯本身強(qiáng)度的角度出發(fā)，很少有研究陶瓷磚背紋形狀對(duì)瓷磚膠粘結(jié)強(qiáng)度的影響。就本公司現(xiàn)有產(chǎn)品，陶瓷磚背紋主要為“方格紋”、“掃把紋”、“蝌蚪紋”、“波浪紋”產(chǎn)品。

3.2.1 原強(qiáng)度測(cè)試

在室內(nèi)測(cè)試完成，鋪貼的都是50 mm×50 mm 的小磚；

對(duì)于瓷質(zhì)磚、細(xì)炻磚、陶制磚來說，不同背紋的磚樣對(duì)原強(qiáng)度幾乎沒有影響。

3.2.2 外墻切割拉拔測(cè)試

三種吸水率磚尺寸為300 mm×300 mm，在外墻鋪貼后養(yǎng)護(hù)28 d，再進(jìn)行切割拉拔。

表2不同背紋小磚強(qiáng)度測(cè)試

對(duì)于低吸水率的瓷質(zhì)磚來說，不同背紋的磚樣對(duì)切割拉拔測(cè)試結(jié)果有影響，從方形、菱形再到不規(guī)則圖案，整體測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)； 對(duì)于細(xì)炻磚來說，背紋深淺對(duì)原強(qiáng)度實(shí)際影響不大；對(duì)于吸水率較高的陶質(zhì)磚，背紋深淺對(duì)原強(qiáng)度實(shí)際影響不大。

3.3 不同程度殘留磚底粉對(duì)瓷磚膠粘結(jié)強(qiáng)度的影響

陶瓷磚在輥道窯燒成過程中，高溫?zé)Y(jié)的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的液相，為了避免液相粘在棍棒上，造成棒釘，在入窯燒成前需在磚底涂一層氧化鋁或氧化鎂漿，磚坯燒成后會(huì)殘留一定的氧化鎂或氧化鋁粉。一般經(jīng)驗(yàn)：貼磚前要求將磚底粉清除干凈，但在實(shí)際施工過程中，很少有工地對(duì)陶瓷磚進(jìn)行去磚底粉預(yù)處理。針對(duì)磚底粉對(duì)瓷磚粘結(jié)強(qiáng)度的影響，研究了滿磚底粉、正常產(chǎn)品磚底粉、無磚底粉3種情況下的粘結(jié)強(qiáng)度。

3.3.1 原強(qiáng)度測(cè)試

在室內(nèi)測(cè)試完成，鋪貼的都是50 mm×50 mm 的小磚；

對(duì)于吸水率較低的瓷質(zhì)磚，從整體的測(cè)試結(jié)果來看，隨著粉底覆蓋率的增加，拉拔強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，只有PD506 的測(cè)試結(jié)果從正常(生產(chǎn)殘留粉底)到100%粉底覆蓋的情況，測(cè)試結(jié)果才呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)；對(duì)于細(xì)炻磚和陶制磚來說，正常生產(chǎn)磚樣的測(cè)試結(jié)果明顯高于粉底達(dá)到100%的覆蓋率時(shí)的數(shù)據(jù)，說明了粉底一旦過多，則對(duì)粘結(jié)力產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

圖3 瓷磚背紋種類對(duì)原強(qiáng)度的影響

圖4 瓷磚背紋種類對(duì)外墻切割拉拔強(qiáng)度的影響

圖5 不同粉底覆蓋率對(duì)強(qiáng)度的影響

3.3.2 外墻切割拉拔測(cè)試

對(duì)于吸水率<0.5%，貼磚的尺寸為600 mm×600 mm；對(duì)于吸水率>3%,<6%，貼磚的尺寸為300 mm×300 mm；對(duì)于吸水率>10%，貼磚尺寸為300 mm×600 mm；在外墻鋪貼后養(yǎng)護(hù)28 天，再進(jìn)行切割拉拔；

對(duì)于低吸水率的瓷質(zhì)磚，與上面的原強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果趨勢(shì)一致，拉拔數(shù)據(jù)隨著粉底覆蓋率而逐步增加；而對(duì)于細(xì)炻磚和陶質(zhì)磚，沒有粉底和正常生產(chǎn)殘留粉底磚樣的測(cè)試結(jié)果相比后者呈現(xiàn)略微上升的趨勢(shì)，但我們發(fā)現(xiàn)斷裂破壞的位置是在瓷磚膠本體，所以粘結(jié)強(qiáng)度實(shí)際上是比較接近的；但對(duì)于滿鋪粉底的磚樣，能看得出部分測(cè)試結(jié)果有明顯的下降趨勢(shì)，說明粉底太多會(huì)對(duì)粘結(jié)力造成較大的負(fù)面影響；對(duì)于瓷質(zhì)磚和高吸水率的陶質(zhì)磚在粉底覆蓋率上出現(xiàn)了這種不一致的趨勢(shì)，我們做了進(jìn)一步的分析，測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，盡管粉底都是覆蓋了100%，但是在瓷質(zhì)磚上的粉底掉粉情況明顯低于細(xì)炻磚和陶制磚，同樣去觀察切割拉拔后的破壞面，瓷磚膠漿料上面附著的粉底(瓷質(zhì)磚)能夠較好地附著在瓷磚膠表面，但對(duì)于細(xì)炻磚和陶制磚拉拔下來的破壞面，瓷磚膠漿料上面附著的粉底有很容易掉粉的現(xiàn)象，推測(cè)可能是由于不同陶瓷磚加工工藝對(duì)粉底的附著力及內(nèi)聚力產(chǎn)生了一些影響而導(dǎo)致了這種結(jié)果。

圖6 不同磚底粉對(duì)拉拔強(qiáng)度的影響

4 結(jié)論

陶瓷磚的吸水率是影響粘結(jié)力的主要因素之一，在實(shí)際應(yīng)用中，吸水率越低，對(duì)瓷磚膠粘結(jié)力性能要求就越高，對(duì)瓷磚膠的匹配選擇就應(yīng)該越謹(jǐn)慎。

陶瓷磚的背紋情況對(duì)粘結(jié)力整體影響不大，但是需要注意的是，對(duì)于低吸水率的瓷質(zhì)磚來說，不同背紋還是會(huì)對(duì)粘結(jié)力造成影響的，另外，在墻體上鋪貼瓷磚的切割拉拔測(cè)試，凡是尺寸大于300 mm×300 mm 的陶瓷磚，按照實(shí)際應(yīng)用施工方式(雙面上漿)來進(jìn)行，這種處理方式也可能會(huì)進(jìn)一步弱化背紋的深淺對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

陶瓷磚的粉底覆蓋情況也會(huì)對(duì)粘結(jié)力造成影響，從目前的測(cè)試結(jié)果來看，細(xì)炻磚和陶質(zhì)磚正常生產(chǎn)工藝殘留下的粉底并不會(huì)對(duì)粘結(jié)力造成影響，主要是因?yàn)楦呶侍沾纱u磚底有大量的開口毛細(xì)孔，水泥砂漿或瓷磚膠可以與其形成一定的機(jī)械鍵合力，達(dá)到較好的物理吸附水平。粉底過多的情況下就會(huì)造成較大的負(fù)面影響，但這是實(shí)驗(yàn)的極限狀態(tài)，并不對(duì)實(shí)際產(chǎn)品產(chǎn)生影響；而瓷質(zhì)磚的情況相對(duì)比較特殊，過多的粉底不會(huì)造成負(fù)面影響，主要是因?yàn)榈臀侍沾纱u磚底基本無開口毛細(xì)孔，而在高溫?zé)Y(jié)過程中產(chǎn)生液相將氧化鎂或氧化鋁粉末顆粒包裹在磚底，形成了一個(gè)整體。在后續(xù)的磨邊工序中，我公司均采用了清洗磚底粉的工藝，使得吸附在磚底的殘余磚底粉都被徹底清洗。最后，包裹在磚底的磚底粉顆粒，增加了磚底的粗糙度，從而與瓷磚膠結(jié)合后產(chǎn)生更好的機(jī)械鍵合力。

綜合陶瓷磚的吸水率，背紋和粉底覆蓋率這3大因素對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響來看，影響最大的因素是吸水率，接著是粉底覆蓋率，最后是背紋。