機制砂及其級配對水泥基瓷磚粘結劑收縮的影響分析

王劭勃 張 煒 姜海波 張湘昆

（廣東復特新型材料科技有限公司）

0 前言

水泥基瓷磚膠，目前應用場合廣泛，尤其如今市場上瓷磚流行趨勢已經向大型化、薄層化、全玻化方向發展；因此，瓷磚膠的品質顯得尤為重要，尤其收縮指標對于薄層大板的貼合有著極大影響，因為在實際應用當中，絕大多數瓷磚膠并非是由于自身拉伸粘結強度不夠而導致的空鼓、掉磚等貼合問題，而是由于在室內外環境變化和隨著貼合時間變久而引起的收縮問題。目前通常業內甚至指定相關行業標準中，并未對瓷磚膠的收縮率提出要求，國內對于瓷磚膠的收縮率的研究極少，大多數是通過環境因素對瓷磚膠性能的影響[1]、或是某種助劑對瓷磚膠性能的影響[2]來進行展開研究，而對于砂的研究，尤其是機制砂級配的研究，在國內基本還處于空白階段。

由于其內部或外部壞境中孔隙的存在，會導致瓷磚膠密實度不一，從而造成收縮率的上升或下降，極大的影響了材料的粘貼效果。砂作為水泥基裝飾瓷磚膠中用量最大的部分，其原材料批次的穩定性、工廠計量的準確性、所選擇用砂的級配等因素，都會影響其最終的密實度[3]。且可再分散乳膠粉作為成膜型聚合物粘結材料，也受瓷磚膠比表面積的影響而對最終的粘結強度和耐老化強度有著較大影響，砂的級配還對瓷磚膠與瓷磚的潤濕性有著較大的聯系。

本研究從瓷磚膠用砂級配方面分析了水泥基瓷磚膠用砂的級配對收縮性的影響，并重點探討了不同級配機制砂組合在配方中對于瓷磚膠收縮率、拉伸粘結強度、背膠轉移率的影響，結果表明瓷磚膠使用合理的級配可有效降低瓷磚膠的收縮率，從而可以提升貼合質量，為瓷磚膠的配方體系研究提供一定的參考方向。

1 試驗

1.1 原材料

硅酸鹽水泥：P.O42.5級南方水泥生產，3d、28d抗折強度分別為5.9MPa、9.2MPa，3d、28d抗壓強度分別為31.2MPa、54.5MPa；機制石粉：廣西東拓150目；級配機制砂：22-32目、32-65目、70-140目，HPMC：GL4155P(黏度46000mPa·s)，北方天普纖維素有限公司生產；可再分散乳膠粉：VINNAPAS5044N，瓦克化學生產；淀粉醚：FP6，荷蘭艾維貝生產；木制纖維：FM-300，無錫綠建生產。

1.2 試驗配方

試驗中，按照正交試驗法進行測試，本配方先考慮用砂級配的變化，用砂比例保持不變。具體試驗配方見表1。

表1 試驗配方 （g）

1.3 試驗方法

瓷磚膠試件的拉伸粘結強度、抗壓抗折強度均按照JGJ/T70-2009《建筑瓷磚膠基本性能試驗方法》進行測試；養護條件、試驗用標準測試板、瓷磚均按照JC/T 547-2017《陶瓷磚粘結膠》進行測試；背膠轉移率按照我司企標進行測試。

2 試驗結果與討論

2.1 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠抗壓抗折強度的影響

由表2可見：

表2 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠抗壓抗折強度的影響

⑴配方中，無論石粉摻量增加與否，當22～32目粗砂摻量增加時，瓷磚膠的抗壓抗折強度整體都有提高。

⑵當22～32目粗砂摻量相同時，隨著細砂摻量的增加，瓷磚膠的抗壓抗折強度隨細砂摻量增加而降低。

⑶抗壓抗折數據在JC/T547標準中并未有要求，僅作為強度變化的參考數據。

2.2 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠收縮率的影響

由表3可見：

表3 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠收縮率的影響

⑴當石粉摻量提高時，瓷磚膠的7d和28d收縮率都有所增加，說明石粉的摻量對于瓷磚膠的收縮率影響較大，在瓷磚膠中摻入過多石粉會增加瓷磚膠的收縮，加劇瓷磚膠因收縮而引起的瓷磚空鼓、掉磚等風險。

⑵細砂摻量提高時，整體收縮率也會增加，但粗砂摻量并非越多越好，當粗砂摻量為16.5%～18.0%時，其收縮率最低，可見合理的砂級配對瓷磚膠的收縮率有著正面的影響。

2.3 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠拉伸強度及耐久性的影響

由表4可見：

表4 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠拉伸強度及耐久性的影響

⑴當粗砂摻量為16.5%～18.0%時，瓷磚膠的原始拉伸粘結強度和老化后強度在平性對比組中最高，其試驗結果均滿足JC/T547-2017中C1級瓷磚膠的強度要求。

⑵當細砂摻量增加后，瓷磚膠的整體拉伸粘結強度有下降趨勢，說明摻入較多細砂會對瓷磚膠的拉伸粘結強度有較大負面影響。

⑶石粉的摻量對瓷磚膠粘結強度的影響沒有線性趨勢，主要是因為不同砂級配情況下，石粉的填充程度不一致，預計其對背膠轉移率有著較為明顯的影響，故下一步試驗將通過背膠轉移率的試驗來驗證。

2.4 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠背膠轉移率的影響

由表5可見：

表5 試驗用砂級配和用量對瓷磚膠背膠轉移率的影響

⑴背膠轉移率是我司針對瓷磚膠潤濕性所作的特定試驗測試，其測試主要考察在瓷磚貼合過程中，瓷磚膠與基材的潤濕性，較低的背膠轉移率會對瓷磚膠的貼合有著較為明顯的影響，也會因收縮率的不同而對最終瓷磚膠與瓷磚的貼合效果有著較大影響。

⑵石粉摻量與細砂摻量增加的情況下，會對背膠轉移率有正向影響，均會提高瓷磚膠與瓷磚的潤濕性。

⑶隨著粗砂用量的增加，會降低瓷磚膠與瓷磚的潤濕性；當粗砂摻量為16.5%～18.0%時，下降趨勢較為平緩，但摻量增加到22.5%～25.0%時，其背膠轉移率下降趨勢較為明顯。

總體上，相同膠凝材料用量時，摻加細砂和石粉較多的瓷磚膠的收縮率相對較大。但對于背膠轉移率影響較好，而抗壓抗折強度、粘結強度和耐老化性能，與瓷磚膠用砂的級配關系較為密切。

總結性能測試結果：相比其他的級配，粗砂摻量為16.5%～18.0%、中砂摻量為22.5%～25.0%時，抗折、抗壓強度、拉伸粘結強度較高，而收縮率有所降低，但背膠轉移率稍差。增加石粉用量后，相比摻加較高細砂，摻加較高中砂的背膠轉移率也有所提高，但是對于瓷磚的收縮率影響較大，需合理添加，不得過高。

眾多文獻研究發現，在瓷磚膠體系中添加適當級配的機制砂，有助于控制體系的收縮率、提高原強度和耐老化強度，而機制石粉中的CaCO3成分，有助于控制體系的反應速率，促進鈣礬石較快和較充分的形成，抑制鈣礬石向單硫型水化硫鋁酸鈣的轉變以及改善干縮性能。但是，當機制石粉摻量過高時，會因其需水量比較大而加劇干燥后的干縮值，從而影響體積穩定性，增加收縮風險。

3 結論

⑴機制砂的級配對瓷磚膠的收縮有著極大的影響，當中砂摻量較高時，瓷磚膠有著較高的抗壓抗折、拉伸粘結強度，同時擁有較低的收縮率。

⑵搭配合適摻量的機制石粉，可顯著改善瓷磚膠的潤濕性和工作性，更好的瓷磚膠與瓷磚貼合作用，所以，降低孔隙率是提高瓷磚膠性能，降低瓷磚膠空鼓、脫落風險的最佳方法。