干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿增效劑的研究

許雷 陳光

（廣州石井力展新型建筑材料有限公司）

0 前言

干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿在現(xiàn)今工程及家庭裝修中使用越來越廣泛，隨著粘貼磚質(zhì)量的不斷進步，吸水率越來越低，重量越來越大，粘貼難度越來越大。為了保證粘貼質(zhì)量，必須要求干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿有良好的各項粘結(jié)強度性能指標(biāo)。為此，往往需要加入適合的功能性添加劑來提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的各項性能。本文研究了摻加不同種添加劑對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿各項性能的影響，以期尋求適合于改善干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿各項性能的增效劑。

1 提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間粘結(jié)強度的增效劑研究

晾置時間粘結(jié)強度反應(yīng)干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的保水性和施工性能，因為瓷磚在粘貼過程中需要對瓷磚位置進行調(diào)整，尤其是粘貼較大尺寸磚時，有時甚至需要取下重新粘貼，良好的晾置時間粘結(jié)強度表現(xiàn)可以讓瓷磚粘貼施工更簡單同時又能保證施工質(zhì)量。GB/T 25181－2010 中規(guī)定干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間為20min。保水增稠劑可使干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿獲得適宜的保水性和增大砂漿粘稠度，提高抗流掛性能，延長晾置時間?，F(xiàn)在砂漿行業(yè)內(nèi)使用的保水增稠材料主要是纖維素醚。

纖維素醚是由纖維素羥基中的氫被烴基取代而生成纖維素醚類衍生物，是具有醚結(jié)構(gòu)的高分子化合物。實驗中使用的是羥丙基甲基纖維素（HPMC）[1-2]，是由精制棉經(jīng)堿化處理后，用環(huán)氧丙烷和氯甲烷作為醚化劑，通過一系列反應(yīng)而制成的非離子型纖維素醚。羥丙基甲基纖維素醚易溶于冷水，溶于水中可得到高粘度的膠體，加入砂漿中可提高砂漿的保水性和起到增稠效果。

1.1 實驗方案

研究HPMC 不同摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間粘結(jié)強度的影響。具體的實驗方案見表1。干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿水料比為0.23。

表1 晾置時間粘結(jié)強度增效劑實驗方案 （wt%）

1.2 實驗結(jié)果與分析

從圖1 中可以看出，在相同的用水量下，隨著HPMC摻量增加，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的晾置時間粘結(jié)強度值隨著HPMC 用量增大呈現(xiàn)逐漸增大趨勢。這說明HPMC 是提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間粘結(jié)強度的增效劑。HPMC 摻入到干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿中，使?jié){體的粘度增大，HPMC 溶于水，會形成膠體，HPMC 結(jié)構(gòu)中含有大量羥基和醚鍵，基團上的氧原子容易與水分子締合成氫鍵，使自由水變成了結(jié)合水，從而發(fā)揮保水作用[1]。同時纖維素醚含有烷基，能降低水溶液的表面能，摻入到砂漿中起到引氣劑的作用，引入的氣泡在砂漿中起到滾珠的作用，降低骨料間的摩擦，改善砂漿的和易性[1-2]。當(dāng)不摻入HPMC 時，晾置時間粘結(jié)強度為0.13MPa，遠遠達不到國家標(biāo)準(zhǔn)0.5MPa 要求，當(dāng)HPMC 摻量為0.125%時，晾置時間粘結(jié)強度為0.35MPa，較不摻入HPMC 時已有顯著提高，當(dāng)HPMC 摻量為0.25%時，晾置時間粘結(jié)強度為0.63MPa，已經(jīng)達到國家標(biāo)準(zhǔn)0.5MPa，當(dāng)HPMC 摻量為0.75%時，粘結(jié)強度已經(jīng)達到1.05MPa。

圖1 HPMC 摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間粘結(jié)強度的影響

2 提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿凍融循環(huán)粘結(jié)強度的增效劑研究

凍融循環(huán)粘結(jié)強度要求干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿在環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化，出現(xiàn)反復(fù)凍融情況下，依然有良好的粘結(jié)強度，確保粘貼的瓷磚不會因為凍融循環(huán)惡劣條件出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。凍融循環(huán)時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿表面的水沿著表面空隙和毛細孔通路向粘結(jié)界面和內(nèi)部滲透，當(dāng)溫度降到0℃以下時，水分結(jié)成冰，體積膨脹，膨脹應(yīng)力較大時，產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致粘結(jié)力降低或者脫落。凍結(jié)和融化交替出現(xiàn)，加上熱脹冷縮作用，加劇了上述現(xiàn)象。干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿中加入膨潤土進行試驗，研究其對凍融循環(huán)粘結(jié)強度增效表現(xiàn)。

膨潤土的主要礦物組成為蒙脫石，其晶體結(jié)構(gòu)特點為兩個結(jié)構(gòu)單元層之間以分子間力連接，結(jié)構(gòu)比較松散。在外力或極性水分子的作用下層間會產(chǎn)生相對運動而膨脹或剝離，水分子或其他有機分子可以進入層間，因此造成膨潤土的吸水膨脹性、高分散性、吸附性等[3]。膨潤土的膨脹性及其具有的復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對摻入后砂漿的彈性模量降低和抗?jié)B性增加有改善作用[4]。

2.1 實驗方案

研究膨潤土不同摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿凍融循環(huán)粘結(jié)強度的影響。具體的實驗方案見表2。干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿水料比為0.28。

2.2 實驗結(jié)果與分析

從圖2 中可以看出，膨潤土的摻入會使干凍融循環(huán)粘結(jié)強度值增加。當(dāng)不摻入膨潤土?xí)r，凍融循環(huán)粘結(jié)強度為0.31MPa，達不到國家標(biāo)準(zhǔn)0.5MPa 要求，當(dāng)膨潤土摻入量一直增加到15%時，凍融循環(huán)粘結(jié)強度達到0.53Mpa，可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)膨潤土摻入量為30%時，凍融循環(huán)粘結(jié)強度達到0.67MPa。這主要是由于膨潤土具有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由2 層硅氧四面體和1 層鋁氧八面體組成，這一特殊的結(jié)構(gòu)使膨潤土具有離子交換性和吸水膨脹性，并且每層復(fù)網(wǎng)呈現(xiàn)帶負(fù)電荷的特點，使極化和氫鍵作用下帶正電荷的水易進入層間，使之產(chǎn)生膨脹，因此有滲水壓力作用時，膨潤土?xí)畛溆诟苫焯沾纱u粘結(jié)砂漿空隙，抑制水分子通過，從而具有良好的抗?jié)B性[4]，通過阻止水分沿著空隙向內(nèi)部滲透，有效減小了凍融循環(huán)交替過程中，水分在粘結(jié)界面和干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高了凍融循環(huán)粘結(jié)強度表現(xiàn)。膨潤土可以作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿凍融循環(huán)粘結(jié)強度的增效劑。

表2 凍融循環(huán)粘結(jié)強度增效劑實驗方案（wt%）

圖2 膨潤土摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿凍融循環(huán)粘結(jié)強度的影響

3 提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強度的增效劑研究

耐水粘結(jié)強度性能也是干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿性能的重要指標(biāo)，外墻和洗手間及墻體滲水區(qū)域的貼磚都可能出現(xiàn)浸水現(xiàn)象，因此要求干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿具有良的耐水粘結(jié)強度性能；需要進一步降低干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的吸水率，增強其耐水粘結(jié)強度性能。

硬脂酸鈣是由氯化鈣與硬脂酸和棕櫚酸鈉鹽的混合物反應(yīng)生成的，再用水洗滌去除氯化鈉得到。其為白色粉末，不溶于水、冷的乙醇和乙醚，溶于熱苯、苯和松節(jié)油等有機溶劑，微溶于熱的乙醇和乙醚。在砂漿行業(yè)里，常用作砂漿的的防水劑和憎水劑。

3.1 實驗方案

研究硬脂酸鈣不同摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強度的影響。具體的實驗方案見表3。干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿水料比為0.22。

表3 耐水粘結(jié)強度增效劑實驗方案 （wt%）

3.2 實驗結(jié)果與分析

從圖3 中可以發(fā)現(xiàn)，不摻入硬脂酸鈣時，耐水粘結(jié)強度值為0.45MPa，沒有達到國家標(biāo)準(zhǔn)0.5MPa 的要求；當(dāng)硬脂酸鈣產(chǎn)量為0.5%時，耐水粘結(jié)強度值為0.52MPa，初步達到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)硬脂酸鈣摻量為1%時，耐水粘結(jié)強度值為0.63MPa；當(dāng)硬脂酸鈣摻入量為1.5%時，耐水粘結(jié)強度值為0.75MPa；當(dāng)硬脂酸鈣摻入量為2%時，耐水粘結(jié)強度值為0.78MPa。硬脂酸鈣的摻入，可有效提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的耐水粘結(jié)強度。隨著硬脂酸鈣摻量的增加，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的耐水粘結(jié)強度持續(xù)增加，當(dāng)摻量高于1.5%之后，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的耐水粘結(jié)強度的增加趨勢趨于平緩。硬脂酸鈣不溶于水，且密度（1.08g/cm3）與水接近，可懸浮于水中，當(dāng)摻入到干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿中，均勻地分散于漿體中，在漿體硬化過程中，隨著水的消耗，硬脂酸鈣分散固定在干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿中，粘附在干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的表面與孔壁，而由于硬脂酸鈣的憎水性，使得干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿對水的潤濕性變差，降低砂漿的吸水性能，砂漿中毛細孔對水的吸收減少，降低了水對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高了砂漿的耐水粘結(jié)強度。硬脂酸鈣可以作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強度的增效劑。

圖3 硬脂酸鈣摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強度的影響

4 提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿熱老化粘結(jié)強度和壓折比的增效劑研究

干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿使用最多的添加劑為可再分散乳膠粉?？稍俜稚⑷槟z粉（簡稱膠粉）是通過乳液聚合反應(yīng)制得聚合物膠乳后，再經(jīng)過噴霧干燥后得到的粉體[5]。膠粉顆粒在與水混合后，會再次變回乳液，并保持有乳液所具有的特征，在砂漿硬化過程中逐步脫水，形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善砂漿的性能。

4.1 實驗方案

實驗中采用的是由醋酸乙烯與乙烯共聚得到的膠粉（EVA 膠粉），改變EVA 膠粉的摻量，研究EVA 對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化和壓折比影響。具體實驗配比見表4。干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿水料比為0.23。

表4 熱老化粘結(jié)強度和壓折比增效劑實驗方案（wt%）

4.2 實驗結(jié)果與分析

從圖4 中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不摻入EVA 膠粉時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度值為0.32MPa，遠達不到國家標(biāo)準(zhǔn)0.5MPa 的要求，隨著EVA 膠粉的摻入量的提高，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度不斷增大，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為2.5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度值為0.40MPa，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度值為0.53MPa，初步滿足了國家標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為7.5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度值為0.61Mpa，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為10%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度值為0.67MPa。當(dāng)不摻入EVA膠粉時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的壓折比值為4.06，遠達不到國家標(biāo)準(zhǔn)3.0 的要求，隨著EVA 膠粉的摻入量的提高，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的壓折比不斷降低，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為2.5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的壓折比值為3.18，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的壓折比值為2.93，初步滿足了國家標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為7.5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的壓折比值為2.83，當(dāng)EVA 膠粉摻入量為10%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的壓折比值為2.72。EVA 膠粉的摻入使干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化和壓折比性能得到改善。

圖4 EVA 膠粉摻量對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿熱老化粘結(jié)強度和壓折比的影響

這是由于：EVA 膠粉與漿體混合，溶于水形成乳膠，均勻地分散于漿體內(nèi)部，在漿體的硬化過程中形成的乳膠膜，粘附在水化產(chǎn)物和集料表面，隨著水泥凝膠結(jié)構(gòu)的發(fā)展，乳膠聚集于在凝膠體、集料間的孔洞中，最后由于水泥水化、基層吸收與表面蒸發(fā)作用，水分減少，乳膠聚結(jié)成膜，把水化產(chǎn)物粘結(jié)在一起，形成一個完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣一個聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高了干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的韌性，降低了砂漿的剛性，從而降低了砂漿的壓折比，同時聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加強了砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘連，即提高了干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的抗拉能力，并隨著EVA 的摻量增大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越完整，抗拉性能越好，從而提高了干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的粘結(jié)強度。隨著EVA 膠粉摻量的增加，熱老化作用削弱的粘結(jié)強度不足以與增加EVA 膠粉作用增加的粘結(jié)強度相抵，表現(xiàn)出熱老化粘結(jié)強度增加。綜合上述分析，EVA 膠粉可以作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿熱老化粘結(jié)強度和壓折比的增效劑。

5 結(jié)論

本文研究了摻加不同種添加劑對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿各項性能的影響，得出以下結(jié)論：

⑴HPMC 對干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的保水性有較好的效果，同時HPMC 具有引氣作用，可改善干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的施工性能，從而提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間粘結(jié)強度，當(dāng)摻量為水泥質(zhì)量的0.25%時，晾置時間粘結(jié)強度為0.63MPa。HPMC 可作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿晾置時間粘結(jié)強度的增效劑。

⑵膨潤土的吸水膨脹性，吸附性等性能及特有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對摻入后砂漿的彈性模量降低和抗?jié)B性增加有改善作用，有效減小了凍融循環(huán)交替過程中產(chǎn)生的破壞應(yīng)力，從而提高了干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿凍融循環(huán)粘結(jié)強度，當(dāng)摻量為水泥質(zhì)量的15%時凍融循環(huán)粘結(jié)強度達到0.53Mpa。膨潤土可以作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿凍融循環(huán)粘結(jié)強度的增效劑。

⑶摻入硬脂酸鈣可有效降低干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的吸水性，提高耐水性。摻入水泥質(zhì)量的0.5%時，耐水粘結(jié)強度值為0.52MPa。可以作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿耐水粘結(jié)強度的增效劑。

⑷摻入可再分散乳膠粉EVA 后，在干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿內(nèi)部形成聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并成膜，提高了干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的韌性，同時提高了抗拉粘結(jié)力，當(dāng)EVA 膠粉摻量為水泥質(zhì)量的5%時，干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿的熱老化粘結(jié)強度值為0.53MPa，壓折比值為2.93。EVA 膠粉可以作為提高干混陶瓷磚粘結(jié)砂漿熱老化粘結(jié)強度和壓折比的增效劑。