單組分背膠在瓷磚鋪貼中的作用及機(jī)理研究

何俊鵬，張碩，彭方靈，謝傳英

（北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，北京 100123）

0 前言

近年來，隨著瓷磚行業(yè)的發(fā)展，瓷磚的尺寸規(guī)格迅速增大，市場(chǎng)上主流的磚型從300 mm×300 mm 轉(zhuǎn)變?yōu)?00 mm×800 mm，各瓷磚廠商甚至紛紛推出陶瓷薄板，其尺寸規(guī)格一般在1200 mm×2400 mm 以上[1]。與此同時(shí)，隨著瓷磚燒制工藝的改進(jìn)，瓷磚的吸水率也迅速降低，目前市場(chǎng)上主流的瓷磚由以往吸水率在6%以上的瓷片磚轉(zhuǎn)變?yōu)槲试?.5%以下玻化磚。瓷磚尺寸規(guī)格的增大和吸水率的降低給瓷磚的鋪貼帶來了新的挑戰(zhàn)。尤其是類似于煙道板、電梯井等不穩(wěn)定基面，單獨(dú)使用瓷磚膠越來越無法滿足實(shí)際使用需求。

為此，瓷磚膠廠家紛紛推出了背膠產(chǎn)品，用以復(fù)合瓷磚膠進(jìn)行瓷磚的鋪貼，目前以單組分背膠接受程度最高，但單組分背膠作為一種純?nèi)橐侯惖漠a(chǎn)品，其拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性尚存爭(zhēng)議，在瓷磚膠鋪貼系統(tǒng)的作用也尚未作出充分驗(yàn)證[2]。因此，對(duì)單組分背膠在瓷磚膠鋪貼系統(tǒng)中的作用機(jī)理進(jìn)行研究，對(duì)實(shí)際瓷磚鋪貼工程具有重要意義。

為此，本文從瓷磚鋪貼系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和空鼓發(fā)展的角度，對(duì)單組分瓷磚背膠在瓷磚鋪貼系統(tǒng)中的作用及其作用機(jī)理進(jìn)行了研究分析。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

（1）瓷磚膠和背膠

本試驗(yàn)以瓷磚膠和背膠為主要研究對(duì)象，所選用的瓷磚膠及背膠均為國內(nèi)某著名品牌產(chǎn)品，其中包含5 款瓷磚膠和1款背膠，瓷磚膠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及其28 d 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度如表1 所示。

表1 試驗(yàn)用瓷磚膠的類別及拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

本試驗(yàn)選用的瓷磚背膠為單組分乳液型背膠，符合Q/SYJC 9—2018《陶瓷磚背膠》中Ⅰ型的要求，其主要技術(shù)性能如表2 所示。

表2 試驗(yàn)用背膠的主要性能指標(biāo)

（2）瓷磚和基板

瓷磚（玻化磚）：性能符合GB/T 4100—2015《陶瓷磚》中低吸水率Ⅰ型的要求；水泥砂漿抹灰：性能符合GB 50327—2001《住宅裝飾裝修工程施工規(guī)范》要求；混凝土基板：為上海增司工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)混凝土板。

在進(jìn)行瓷磚鋪貼空鼓試驗(yàn)時(shí)，選用的瓷磚尺寸為400 mm×800 mm，吸水率＜0.5%，瓷磚鋪貼基面為水泥砂漿；在進(jìn)行瓷磚拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，使用的瓷磚尺寸為45 mm×95 mm，吸水率＜0.5%，測(cè)試基面為標(biāo)準(zhǔn)混凝土板，尺寸為400 mm×400 mm×40 mm。

1.2 主要儀器設(shè)備

為了研究單組分背膠在室內(nèi)環(huán)境中的作用機(jī)理，本試驗(yàn)采用外保溫專用高低溫循環(huán)設(shè)備（WQB-NH 型，生產(chǎn)廠家沈陽合興沈陽合興檢測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)）和恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱[ZYLH-100D 型，中研立華儀器科技（蘇州）有限公司生產(chǎn)]作為養(yǎng)護(hù)設(shè)備，如圖1 和圖2 所示。

為了對(duì)瓷磚鋪貼后的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，采用拉拔強(qiáng)度測(cè)試儀（BJZJ-6000C 型，海創(chuàng)科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)）測(cè)試瓷磚膠、背膠與瓷磚間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，如圖3 所示；為了對(duì)瓷磚鋪貼后的空鼓情況進(jìn)行測(cè)試，本試驗(yàn)采用瓷磚空鼓錘（見圖4）對(duì)瓷磚的空鼓發(fā)展進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè)。

1.3 試樣制備

本試驗(yàn)試樣制備包括背膠涂刷和瓷磚膠2 個(gè)部分：

（1）瓷磚膠試樣按照J(rèn)C/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》中7.8.4 的要求進(jìn)行制備。

（2）瓷磚背膠試樣按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行施工，具體步驟如下：①清理瓷磚磚背面的粉塵、油污、脫模劑等，確保瓷磚磚背表面清潔干燥；②使用滾筒或者毛刷將背膠均勻的涂抹在瓷磚磚背，確保無漏涂；③于5～35 ℃環(huán)境下晾干，至背膠由乳白色變?yōu)橥该鳎虎苁褂么纱u膠進(jìn)行下一步瓷磚鋪貼。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在實(shí)際的瓷磚鋪貼工程中，往往存在空鼓和脫落2 種情況，而瓷磚的脫落一般伴隨著空鼓的發(fā)生。因此，可以通過對(duì)空鼓發(fā)展的監(jiān)測(cè)和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，研究單組分背膠在實(shí)際瓷磚鋪貼工程中所發(fā)揮的作用及其作用機(jī)理。

2.1 單組分背膠對(duì)瓷磚鋪貼空鼓的影響

為了探索單組分背膠對(duì)瓷磚鋪貼空鼓的影響，使用單組分背膠對(duì)部分400 mm×800 mm 的?；u進(jìn)行界面處理，剩余部分400 mm×800 mm 的?；u不作處理，然后選用2#瓷磚膠為瓷磚鋪貼材料，在水泥抹灰基面上分別鋪貼單組分背膠界面處理前后的玻化磚。

瓷磚鋪貼完成后，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)24 h，再轉(zhuǎn)入高低溫循環(huán)設(shè)備中進(jìn)行高低溫循環(huán)模擬，具體循環(huán)制度如下：將試樣在1 h 內(nèi)升溫至50 ℃，保持4 h，然后在1 h 內(nèi)降溫至5 ℃，并保持4 h。按照上述制度循環(huán)60 次，并對(duì)瓷磚鋪貼系統(tǒng)的空鼓率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。單獨(dú)使用瓷磚膠進(jìn)行鋪貼的瓷磚，在高低溫循環(huán)60 次后的空鼓情況如圖5 所示，其空鼓率高達(dá)45%；使用單組分背膠+瓷磚膠進(jìn)行鋪貼的瓷磚，在高低溫循環(huán)60 次后的空鼓情況如圖6 所示，其空鼓率為1%。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用單組分背膠進(jìn)行磚背界面處理，能大幅度降低瓷磚鋪貼的空鼓率。

為了研究瓷磚鋪貼空鼓發(fā)展的規(guī)律，對(duì)經(jīng)不同次數(shù)高低溫（5～50 ℃）循環(huán)后瓷磚鋪貼系統(tǒng)的空鼓情況進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖7 所示。

從圖7 可以看出：僅使用瓷磚膠進(jìn)行鋪貼的?；u，隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加，空鼓率也隨之增大，循環(huán)次數(shù)從0 增加到60 次時(shí)，空鼓率從1%增大到了45%；而使用單組分背膠進(jìn)行了磚背界面處理的玻化磚，其空鼓率始終維持在1%。

這是由于瓷磚與瓷磚膠的熱膨脹系數(shù)不同，其中瓷磚膠的熱膨脹系數(shù)為0.012 mm/（m·℃），?；u的熱膨脹系數(shù)為0.006 mm/（m·℃）[3]，在溫度發(fā)生變化時(shí)，瓷磚膠與瓷磚之間由于膨脹量不同，在界面產(chǎn)生了剪應(yīng)力，而瓷磚膠干固后硬度較大，其莫氏硬度一般達(dá)到65 以上，無法吸收界面剪應(yīng)力，逐漸形成空鼓，隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加，空鼓逐漸擴(kuò)大，最終可能會(huì)導(dǎo)致瓷磚脫落。而使用單組分背膠進(jìn)行磚背界面處理后的?；u，由于背膠具有良好的柔性，可以吸收瓷磚膠和玻化磚之間由于熱膨脹系數(shù)不同所產(chǎn)生的剪應(yīng)力，從而避免了空鼓的發(fā)生。

2.2 引入單組分背膠對(duì)鋪貼系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

為了探索單組分背膠對(duì)瓷磚鋪貼系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，使用單組分背膠對(duì)部分45 mm×95 mm 的玻化磚進(jìn)行界面處理，剩余部分45 mm×95 mm 的玻化磚不作處理，選用不同強(qiáng)度等級(jí)的瓷磚膠，按照1.3 中的試樣制備方法，在標(biāo)準(zhǔn)混凝土試驗(yàn)板上，分別鋪貼單組分背膠界面處理后的玻化磚和未使用背膠處理的?；u，鋪貼完成后，置于恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 d。按照J(rèn)C/T 547—2017 對(duì)上述試樣的28 d 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，拉拔試件的破壞形式如圖8 所示，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖9 所示。

在該試驗(yàn)的瓷磚鋪貼系統(tǒng)中存在3 個(gè)界面，分別是瓷磚膠與混凝土板間的界面、瓷磚膠與單組分背膠間的界面以及背膠與玻化磚間的界面。

從圖8 可以看出，拉拔試驗(yàn)的破壞形式為背膠和?；u之間的界面破壞，表明在上述3 個(gè)粘結(jié)界面中，背膠與?；u之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最弱，是制約整個(gè)瓷磚鋪貼體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素。

從圖9 可以看出，除3#瓷磚膠出現(xiàn)異常外，僅使用瓷磚膠進(jìn)行粘結(jié)的?；u的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨著瓷磚膠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的提升，實(shí)際測(cè)得的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度整體也呈上升趨勢(shì)。但使用單組分背膠進(jìn)行磚背界面處理后，再使用瓷磚膠進(jìn)行鋪貼的?；u的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，并未隨著瓷磚膠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級(jí)的上升而提高，而是基本維持不變。由此可知，使用單組分背膠對(duì)?；u磚背進(jìn)行界面處理，并不能提高瓷磚鋪貼系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

根據(jù)瓷磚膠相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求，1#～4#瓷磚膠的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.5 MPa 以上，而5#瓷磚膠由于執(zhí)行的是JC/T 547—2017 C2 標(biāo)準(zhǔn)，其拉伸粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到1.0 MPa 以上。從實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)來看，在復(fù)合背膠后，1#～4#瓷磚膠的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均達(dá)到了0.5 MPa 以上，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；而5#瓷磚膠復(fù)合背膠進(jìn)行鋪貼瓷磚后，其拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為0.85 MPa，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于執(zhí)行JC/T 547—2017 C1 級(jí)別或相近性能要求的瓷磚膠，推薦采用復(fù)合背膠進(jìn)行瓷磚鋪貼，可以在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，降低空鼓率，提高瓷磚鋪貼安全性。

（2）對(duì)于JC/T 547—2017 C2 級(jí)別或相近性能要求的瓷磚膠而言，使用復(fù)合背膠會(huì)降低瓷磚鋪貼系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，因此，不建議使用復(fù)合背膠。

（3）單組分背膠在瓷磚鋪貼系統(tǒng)中的作用機(jī)理為：?jiǎn)谓M分背膠不能提高瓷磚與瓷磚膠之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，但能在剛性的瓷磚膠和瓷磚之間形成了一層柔性過渡層，可以起到吸收溫度形變應(yīng)力的作用，進(jìn)而降低空鼓，提高瓷磚鋪貼系統(tǒng)的安全性。