吸水率對陶瓷磚性能的影響

摘 要：本文從破壞強度、抗釉裂性、濕膨脹和地磚摩擦系數考察不同吸水率對陶瓷磚性能的影響。考察結果為破壞強度隨著吸水率增加而降低，同時需考慮坯釉適合性對破壞強度的影響；而吸水率對抗釉裂性、濕膨脹和地磚摩擦系數性能影響不大。

關健詞：吸水率；破壞強度；抗釉裂性；濕膨脹；地磚摩擦系數

1 前言

中國是世界陶瓷磚第一生產大國，2016年產量為101.8億平方米，占全球產量62.84%，其中，瓷質磚為70.66%，炻瓷磚為5.28%，細炻磚為2.35%，炻質磚為4.81%，陶質磚為16.90%。現吸水率高低已成為衡量陶瓷磚質量的風向標，但是一味追求低吸水率高質量而忽視其實際使用范圍和價值，容易造成使用功能過剩和能源浪費，如室內地磚吸水率≤10%足以滿足日常室內住宅使用要求[1]。而陶瓷磚強國日本，陶瓷磚實際使用性能比吸水率更受到重視[2]。

霧霾、限電、污水、陶瓷廢料堆積如山等時刻在提醒我們，節能減排、綠色環保，能源可持續發展的重要性。在滿足使用功能前提下，適當提高吸水率，降低燒成溫度，改進工藝，將有效提高產量，節能降耗。如現有瓷質磚燒成溫度（1250℃左右）比炻質磚（1180℃左右）和陶質磚（1100℃左右）分別高出70℃和150℃。在吸水率高低都滿足實際使用需求情況下，根據熱平衡計算，若燒成溫度降低100℃，則單位產品熱耗可降低10%以上，燒成時間縮短10%，產量增加10%，熱耗降低4%[3]。

2 不同吸水率陶瓷磚性能的差異

2.1 不同吸水率陶瓷磚與破壞強度的關系

破壞強度是陶瓷磚產品的重要性能指標之一，主要重點考察陶瓷磚結實程度。從圖1可知，破壞強度總體是隨著吸水率逐漸增加而先大幅降低而后緩慢降低。吸水率都接近0時的瓷質磚破壞強度相差33%左右，從中看出相同的吸水率有其他因素在影響其破壞強度。其主要因素是坯釉適合性，如果坯體膨脹系數比釉料大，將形成壓縮應力，破壞強度比較高，而坯體膨脹系數比釉料小，將形成張應力，破壞強度相對比較弱。因此，在考慮吸水率對破壞強度影響同時，也應該將坯釉適合性一同考慮。

從圖1還可知，瓷質磚吸水率接近0，瓷質磚已完全燒結，并長出數量眾多晶體，此時破壞強度達到最大值。吸水率越低對破壞強度越敏感，因此吸水率的變化對其產生較大的變化。隨著陶瓷磚吸水率不斷增加，晶體數量不斷減少，同時內部孔隙增多，結構松散，相對應的破壞強度隨之降低。隨著吸水率增加，破壞強度并非大幅度下降，而是緩慢降低，說明吸水率后期對其影響不大。

2.2 不同吸水率陶瓷磚與抗釉裂性的關系

抗釉裂性是陶瓷磚產品的重要性能指標之一，其本質就是釉與坯熱膨脹系數差異所導致的應力滿足外部環境變換的要求而不開裂。從表1可知，陶瓷磚抗釉裂性不隨著吸水率逐漸增加而變差，從中說明陶瓷磚釉坯熱膨脹系數比較接近。此時存在3種可能性，坯體膨脹系數大于釉料膨脹系數，釉層形成正應力，所謂的正釉，當正應力大于釉層強度時，將開裂；坯體膨脹系數小于釉料膨脹系數，釉層形成張應力，所謂的負釉，當張應力大于釉層強度時，釉層將開裂或剝離；當坯體膨脹系數等于釉料膨脹系數時，應力消失或者極小，此時為理想狀態；從中可知，表1中都不存在釉裂問題，但并不意味著釉裂不會發生。同時由于坯釉膨脹系數很難恰好相等，因此普遍要求坯體膨脹系數大于釉料膨脹系數，形成正應力，有利于提高機械強度。

陶瓷磚熱膨脹系數的變化根源來自化學成分，網絡生產體多，熱膨脹系數小，堿和堿土金屬多，熱膨脹系數大。釉裂的根本原因是釉層所承受的應力超過了釉層強度。由于釉料化學成分主要以坯體主料為主，釉料的化學性質決定其膨脹系數的大小。

2.3 不同吸水率陶瓷磚與濕膨脹的關系

濕膨脹是陶瓷磚產品的重要性能指標之一。國標要求在不規范安裝和一定的濕度條件下，當濕膨脹大于0.06%時（0.66 mm/m）就有可能出問題[4]。從表2可以看出，其濕膨脹系數均<0.01%，已在安全范圍內。同時可知，不同的吸水率陶瓷磚與濕膨脹相關性不大，不存在吸水率越大，濕膨脹相應也增加說法。

瓷磚鋪貼后將吸收水份，并和水作用而引起不可逆膨脹，結果是釉承受的壓應力轉變為張應力，最后超過中間層的緩沖作用和釉的抗張強度而開裂。因此，瓷磚鋪貼前如未泡水或泡水時間不足，鋪貼后就易吸收泥漿水份逐漸產生濕膨脹，并由此產生內應力。同時，由于濕膨脹導致瓷磚對四邊拼縫擠壓，自身也受到相應的反作用力擠壓。瓷磚底面受粘結砂漿的約束，而釉面是自由體一方，形成底面和釉面的線膨脹不一致，促使瓷磚向釉面一方彎曲，在內力的相互傳遞和疊加的作用下，當內力的數值超過質地較差的瓷磚的抗拉、抗壓或抗折強度時，便出現單塊以至幾塊通長裂縫或冰炸紋狀的裂縫。

同時現有陶瓷磚多以釉面磚為主，釉面對空氣中的水分不吸水，只有側面裸露坯體才與空氣中的水蒸汽接觸，特別是回南天，因此，多從邊沿拱起，常與瓷磚釉層表面細小的、圓形的釉裂（龜裂）的缺陷伴生。因此在潮濕地方如廚衛等潮濕環境下可能造成因濕膨脹而導致開裂或者剝脫現象發生。

2.4 不同吸水率陶瓷磚與地磚摩擦系數的關系

目前國內外對地磚摩擦系數都有明細分類[5-7]，同時地磚摩擦系數又劃分為干摩擦系數和濕摩擦系數。據相關研究，濕摩擦系數測試結果能更為真實地反映現場潮濕條件下的使用效果，應逐漸被推廣和應用[8]。目前國內比較偏向干摩擦系數檢測，如摩擦系數COF值：低于0.5為不安全，0.5 ～ 0.6為相對安全，0.6 ～ 0.8為安全，大于0.8為非常安全。

地磚摩擦系數是陶瓷磚產品的重要性能指標之一，其本質就是考察人行走在陶瓷磚上滑倒的風險。從圖2可知，隨著吸水率不斷增加，對地磚摩擦系數影響不大。就吸水率小于0.5%瓷質磚而言，仿石磚地磚摩擦系數最高為0.84，拋光磚地磚摩擦系數最低為0.61。而不同的仿古磚其地磚摩擦系數又有所不同，最高為0.78，最低為0.58。影響其摩擦系數的主要因素是磚表面的粗糙程度。由于拋光磚表面是經過打磨光亮，其粗糙程度大大減少，以致摩擦系數偏低，而拋釉磚表面是一層玻璃釉料覆蓋，具有玻璃的性質，干摩擦系數比較高，濕摩擦系數比較低，與拋光磚差不多。而仿古磚表面可以做成不同粗糙度的釉面，從中增加了摩擦系數。除了增加表面粗糙度外，現有工藝在紋路上凸顯凹凸紋理，以達到防滑美觀效果，尤其大理石比較明顯。

3 結論

（1）破壞強度總體隨著吸水率增加先大幅下降而后緩慢降低，同時破壞強度值受到坯釉適合性影響；

（2）吸水率增加對抗釉裂性影響不大，坯釉適合性起關鍵作用；

（3）濕膨脹不隨吸水率增加而增加，鋪貼前地磚需要浸泡，以防濕膨脹引起地磚變形或者開裂，同時在潮濕環境下磚邊沿可能受濕膨脹影響開裂或者拱起；

（4）地磚摩擦系數并未隨吸水率增加而增加，影響因素為地磚表面粗糙程度或者凹凸紋路。

參考文獻

[1] JG/T 484-2015.室內外陶瓷墻地磚通用技術要求[S].2015.

[2] JIS A 5209：2014.Ceramic tiles[S].JIS 2014.

[3] 曾令可，鄧偉強.廣東省陶瓷行業的能耗現狀及節能措施[J].佛山陶瓷.2006. 2：1-4.

[4] GB/T 4100-2015.陶瓷磚[S].2015.

[5] JC/T1050-2007，地面石材防滑性能等級劃分及試驗方法[S].2007.

[6] ANSI A 1264.2-2006，Pro-vision of Slip Resistance on Walking / Working Surfaces [S].2006.

[7] DIN 51130-2010，Testing Of Floor Coverings - Determination Of The Anti-slip Properties - Workrooms And Fields Of Activities With Slip Danger， Walking Method - Ramp Test[S].2010.

[8] 何問慎，顧軒等.潮濕狀態下陶瓷地磚摩擦系數測試方法探討[J].佛山陶瓷：2016 ， 26 （6） ：43-46.