可再分散乳膠粉對(duì)瓷磚粘結(jié)劑粘附性能的影響

許林峰　鐘保民

摘 要：可再分散乳膠粉具有極突出的粘結(jié)強(qiáng)度，可提高砂漿的柔韌性，賦予砂漿優(yōu)良的耐堿性、防水性、可塑性、耐磨性和施工性。本文研究了可再分散乳膠粉對(duì)水泥砂漿拉拔強(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)度以及破壞方式的影響。結(jié)果表明：可再分散乳膠粉對(duì)水泥砂漿在不同處理?xiàng)l件下的拉伸強(qiáng)度和粘附強(qiáng)度有明顯的改善效果。

關(guān)鍵詞：瓷磚粘結(jié)劑；乳膠粉；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，隨著陶瓷磚的瓷化程度越來越高，對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)上有很多，其中有不少知名品牌。但是，即使采用瓷磚膠對(duì)瓷磚進(jìn)行鋪貼，如果型號(hào)選擇不合適，依然存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)閷?duì)于一些瓷化程度很高（吸水率< 0.1%）、規(guī)格較大的瓷磚，一般的瓷磚膠還是無法完全滿足粘貼要求。關(guān)于采用有機(jī)聚合物改善水泥砂漿性能的文獻(xiàn)報(bào)道也有不少，但很少有人對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究[3-7]。

本文系統(tǒng)探究了可再分散乳膠粉對(duì)水泥砂漿性能的影響，從而對(duì)可再分散乳膠粉的作用有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。本研究對(duì)瓷磚粘結(jié)砂漿生產(chǎn)過程中成本和性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所用原料如下：

（1） 水泥：海螺牌 32.5R水泥；

（2） 石英砂：99.8%，全部通過40 目篩；

（3） 羥丙基甲基纖維素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司；

（4） 可再分散乳膠粉：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉；

（5） 淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司；

（6） 減水劑：自配復(fù)合減水劑；

（7） 木質(zhì)短纖維：上海臣啟化工科技有限公司。

2.2 樣品制備及測(cè)試

（1）原料配比

1）基料配比：水泥40%，石英砂60%；

2）添加劑：HPMC 0.4%、膠粉0～4%、淀粉醚0.1%、減水劑0.5%、木質(zhì)短纖維：0.3%，均按基料計(jì)算；

3）水：28%，按基料計(jì)算。

（2）瓷磚樣品制備

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< 0.1%。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、減水劑和木質(zhì)短纖維按比例均勻混合，然后加入水，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，厚度控制在4 mm左右。然后將涂覆好的樣品在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)24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)24天的樣品，置于

80 ℃烘箱中4 h。然后冷卻到室溫，接著繼續(xù)于80 ℃處理4 h，如此循環(huán)5次。

凍融循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)24天的樣品，置于

-18 ℃凍箱中4 h。然后自然升溫到室溫，接著于-18 ℃繼續(xù)處理4 h，如此循環(huán)5次。

浸水處理：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)24天的樣品，浸沒在水中7天。然后將樣品擦干，置于50 ℃烘箱中干燥24 h。

2.3 樣品測(cè)試

采用拉拔儀（PosiTest AT-M Manual Adhesion Tester）分別對(duì)養(yǎng)護(hù)24天后的樣品，以及經(jīng)熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理的樣品進(jìn)行測(cè)試。測(cè)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)，每種試樣測(cè)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)結(jié)果

3.1 膠粉添加量對(duì)拉拔強(qiáng)度的影響

圖1為膠粉添加量對(duì)樣品拉拔強(qiáng)度的影響。從圖1可以看出，添加膠粉的樣品，拉拔強(qiáng)度有明顯提高，強(qiáng)度提高超過10%。但是，隨著膠粉添加量的增加，拉拔強(qiáng)度沒有顯著的變化。

圖2為膠粉添加量對(duì)樣品熱循環(huán)后拉拔強(qiáng)度的影響。從圖2可以看出，未添加膠粉的樣品，經(jīng)歷熱循環(huán)后，其拉拔強(qiáng)度相比于原拉拔強(qiáng)度降低了約30%（對(duì)比圖1可知）。而添加膠粉的樣品，在經(jīng)歷熱循環(huán)后，拉拔強(qiáng)度沒有明顯的降低，甚至出現(xiàn)增加的現(xiàn)象。同時(shí)，隨著膠粉添加量的增加，拉拔強(qiáng)度沒有明顯地變化。

圖3為膠粉添加量對(duì)樣品凍融循環(huán)后拉拔強(qiáng)度的影響。從圖3可以看出，未添加膠粉的樣品，經(jīng)歷凍融循環(huán)后，其拉拔強(qiáng)度相比原拉拔強(qiáng)度降低了約10%。而添加膠粉的樣品，在經(jīng)歷凍融循環(huán)后，拉拔強(qiáng)度也有明顯的下降。有些樣品的拉拔強(qiáng)度比未添加膠粉的樣品下降的幅度還大。甚至隨著膠粉添加量的增加，出現(xiàn)輕微下降的趨勢(shì)。

圖4為膠粉添加量對(duì)樣品浸水后拉拔強(qiáng)度的影響。從圖4可以看出，未添加膠粉的樣品浸水后，其拉拔強(qiáng)度相比于原拉拔強(qiáng)度變化不大。對(duì)于添加膠粉的樣品，當(dāng)膠粉添加量較少時(shí)，拉拔強(qiáng)度相比于原拉拔強(qiáng)度有所下降。而當(dāng)添加量超過1%時(shí)，拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)顯著的增加。且隨著膠粉添加量的增加，拉拔強(qiáng)度增加的幅度越來越大。

3.2 膠粉添加量對(duì)粘附性能的影響

實(shí)際上，拉拔強(qiáng)度的測(cè)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，與粘結(jié)劑材料本身的強(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(cè)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(cè)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)了不同膠粉添加量樣品經(jīng)拉拔后的破壞方式。由表1可知，在未經(jīng)處理的條件下，未添加膠粉的樣品，有50%發(fā)生剝離破壞。而添加膠粉的樣品，從添加量0.1%～4%，全部發(fā)生表面斷裂。說明在拉拔強(qiáng)度相近的情況下，添加膠粉的樣品，其粘附性能比未添加膠粉的樣品要好。

經(jīng)凍融循環(huán)5次后，未添加膠粉的樣品有10%發(fā)生剝離破壞。而添加膠粉的樣品，從添加量0.1%～4%，全部發(fā)生表面斷裂。未添加膠粉的樣品，經(jīng)凍融處理后，發(fā)生剝離破壞的概率下降了。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)榻?jīng)過凍融處理后，瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度下降了，導(dǎo)致容易發(fā)生表面斷裂。

經(jīng)熱循環(huán)5次后，未添加膠粉的樣品，100%發(fā)生剝離破壞，說明熱循環(huán)對(duì)瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能有顯著的影響；而添加膠粉的樣品，經(jīng)歷熱循環(huán)后，也會(huì)發(fā)生剝離破壞。但是，發(fā)生剝離的概率隨著膠粉添加量的增加而減小，說明添加膠粉可以改善瓷磚粘結(jié)劑的耐熱性能。

浸水7天后，未添加膠粉的樣品，30%發(fā)生剝離破壞。而添加膠粉的樣品，當(dāng)添加量為0.1%和0.3%時(shí)，10%發(fā)生剝離破壞。繼續(xù)增加膠粉的用量，發(fā)生表面斷裂破壞。但是，當(dāng)膠粉的添加量大于1%時(shí)，樣品又開始出現(xiàn)剝離破壞。并且當(dāng)膠粉添加量超過2%時(shí)，樣品發(fā)生剝離破壞的概率超過50%。說明經(jīng)過浸水處理后，樣品的拉伸強(qiáng)度超過其粘附強(qiáng)度。

4 分析與討論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，未經(jīng)處理的樣品，以及經(jīng)熱循環(huán)和凍融循環(huán)的樣品，添加膠粉對(duì)樣品的拉拔強(qiáng)度都有一定的改善。但是，隨著膠粉添加量增加，樣品的拉拔強(qiáng)度并沒有出現(xiàn)顯著的增加。對(duì)于經(jīng)凍融循環(huán)的樣品，拉拔強(qiáng)度甚至出現(xiàn)輕微的下降。如果只根據(jù)這個(gè)結(jié)果來分析，通過添加膠粉改善瓷磚粘結(jié)劑的粘附性能，似乎意義不大。但是，結(jié)合樣品的破壞方式可以看出，未添加膠粉的樣品，主要發(fā)生的是剝離破壞。這種情況下，粘附強(qiáng)度等于拉拔強(qiáng)度；而添加膠粉的樣品，主要發(fā)生的是表面斷裂破壞。這種情況下，粘附強(qiáng)度要高于拉拔強(qiáng)度。說明添加膠粉后，樣品的粘附性能大大提高了。而樣品發(fā)生表面斷裂主要是由于水泥的拉伸強(qiáng)度太低，而粘附強(qiáng)度較高引起的。

對(duì)于浸水處理的樣品，發(fā)生破壞的方式與其它的樣品明顯不同。當(dāng)膠粉的添加量小于1%時(shí)，破壞方式的變化趨勢(shì)與其它的樣品相同。但是當(dāng)膠粉的添加量超過1%時(shí)，樣品發(fā)生剝離破壞的趨勢(shì)大大增加。這個(gè)現(xiàn)象并不能說明膠粉的添加量增加后，樣品的粘附能力下降了。結(jié)合圖4的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，膠粉的添加量增加后，拉拔強(qiáng)度增加，并且隨著膠粉添加量的增加，拉拔強(qiáng)度的增加幅度很顯著。這說明隨著膠粉添加量的增加，樣品的粘附強(qiáng)度增加。樣品之所以發(fā)生剝離，是因?yàn)榇藭r(shí)瓷磚粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度高于粘附強(qiáng)度。同時(shí)也可以說明，添加膠粉的瓷磚粘結(jié)劑經(jīng)浸水后，拉伸強(qiáng)度有顯著的提高。

5 結(jié)論

（1）膠粉的添加量不小于0.1%時(shí)，就可以有效地改善水泥基瓷磚粘結(jié)劑的原粘附強(qiáng)度，尤其是經(jīng)過熱循環(huán)處理的樣品，粘附強(qiáng)度有較明顯增加；

（2）經(jīng)浸水處理的樣品，添加膠粉后，粘附強(qiáng)度大大增加，而拉伸強(qiáng)度的增加幅度更大；

（3）對(duì)于經(jīng)凍融循環(huán)的樣品，膠粉對(duì)拉拔強(qiáng)度的增加沒有明顯的改善效果，但是樣品的粘附強(qiáng)度均高于拉伸強(qiáng)度。

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