水泥基陶瓷磚膠粘劑在水養(yǎng)護(hù)過程中拉拔強(qiáng)度變化趨勢淺析

羅建光 李玉海

(1.廣州市凱聚新材料有限公司，廣東 廣州 510000；2.能高共建(上海)新型環(huán)保建材有限公司，上海 200000)

陶瓷飾面磚因其優(yōu)異的理化性能和豐富的裝飾效果，在室內(nèi)裝飾裝修、建筑物外墻裝飾方面，一直得到人們的青睞。在國內(nèi)外各類建筑裝飾當(dāng)中得到廣泛使用，是當(dāng)前最為重要的建筑飾面材料之一，是一些特定的部位（如廚房、衛(wèi)生間）最適合的飾面材料。陶瓷飾面磚以其優(yōu)良的抗污、耐磨、耐久和裝飾性能，被各國人民所喜愛，正因這種喜愛，也給瓷磚帶來不斷更新的動力，從陶磚，到釉面磚、通體磚、瓷片，再到玻化磚、仿古磚、仿石磚，到目前的薄板、微晶石、全拋釉，瓷磚家族技術(shù)不斷更新、品質(zhì)不斷提高、花色不斷創(chuàng)新。隨著陶瓷磚應(yīng)用場合的擴(kuò)大和陶瓷磚制造技術(shù)的發(fā)展，瓷磚的品質(zhì)有了極大的改進(jìn)。例如，為了滿足瓷磚耐磨性、抗凍性等要求，非常密實的的瓷磚的用量正越來越多，陶瓷磚的尺寸也越來越大。孔隙多的基材和陶瓷磚都已經(jīng)不常見了，因此，傳統(tǒng)的水泥砂漿粘貼瓷磚的技術(shù)工藝已經(jīng)不能滿足這種高致密度材料所需的粘貼要求。為保證陶瓷磚的粘貼安全，歐美發(fā)達(dá)國家在50年代發(fā)明并推廣使用了瓷磚膠粘劑產(chǎn)品和配套的薄貼法工藝，并隨著實踐經(jīng)驗的積累，建立了完善的材料技術(shù)要求，對粘貼材料的選擇、材料與面材的配合要求做了明確的規(guī)定，使得陶瓷磚鑲貼體系在國外有著非常好的安全性和耐久性。為這個安全、耐久的體系提供保障的材料之一就是可再分散乳膠粉改性的水泥基瓷磚粘結(jié)材料，通過聚合物作為第二膠凝材料的改性，持久地改善陶瓷磚膠粘劑的品質(zhì)，并且最大程度滿足特定的要求。很多測試發(fā)現(xiàn)水泥基瓷磚粘結(jié)材料在浸水養(yǎng)護(hù)后拉拔強(qiáng)度有較大的粘結(jié)力損失，關(guān)于陶瓷磚膠粘劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 547—2017中測試粘結(jié)材料在浸水21d后的拉拔強(qiáng)度值，但從實際應(yīng)用的角度來講，工地現(xiàn)場的瓷磚粘結(jié)劑在施用后并沒有實驗室那樣的養(yǎng)護(hù)條件，特別是在南方地區(qū)，經(jīng)常是在瓷磚粘貼幾天就會遇到下雨，此時粘結(jié)劑的強(qiáng)度狀態(tài)如何不得而知。該文通過測試探討浸水多久是瓷磚粘結(jié)材料拉拔強(qiáng)度的最低點，在浸水過程中陶瓷磚膠粘劑強(qiáng)度變化情況如何，聚合物、早強(qiáng)劑的添加對于瓷磚膠粘劑浸水養(yǎng)護(hù)后的拉拔強(qiáng)度是有貢獻(xiàn)的。以下詳細(xì)介紹了原材料與試驗結(jié)果。

1 原材料(見表1)

表1 原材料

甲酸鈣（Ca（HCOO））是多元醇制造過程中的副產(chǎn)物，可用于水泥的快速凝固劑、潤滑劑、早強(qiáng)劑，加快水泥的硬化速度，縮短凝結(jié)時間。Ca（HCOO）可促進(jìn)CS的水化，摻有Ca（HCOO）的普硅水泥漿體硬化后可產(chǎn)生更多的鈣礬石（AFt），從而增加早期強(qiáng)度，測試配方見表2。

表2 測試配方

2 試驗結(jié)果

按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》中相應(yīng)的要求進(jìn)行膠粘劑的拌和并成型測試試件，在標(biāo)準(zhǔn)中要求的養(yǎng)護(hù)環(huán)境條件下進(jìn)行并護(hù)，參照標(biāo)準(zhǔn)中要求的28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件及浸水養(yǎng)護(hù)過條件，同時加入7d標(biāo)準(zhǔn)條件+不同浸水時間養(yǎng)護(hù)，測試不同養(yǎng)護(hù)時間下，水泥基陶瓷磚膠粘劑拉拔強(qiáng)度變化的趨勢。

2.1 不含聚合物的水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養(yǎng)護(hù)拉拔強(qiáng)度變化趨勢

這里的聚合物是指可再分散乳膠粉，通常作為第二種膠凝材料出現(xiàn)在水泥基材料中，一起來提高水泥基材料內(nèi)聚力、粘結(jié)強(qiáng)度，抗熱沖擊性能和降低水泥基材料彈性模量的作用。沒添加聚合物的陶瓷磚膠粘劑中，水泥水化產(chǎn)物為拉拔強(qiáng)度提供主要貢獻(xiàn)。添加了纖維素醚等添加劑的水泥基陶瓷磚膠粘劑終凝時間通常在9h左右，7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)，水泥已有一定的水化率，從本實驗數(shù)所來看，經(jīng)過7d的標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)，瓷磚膠的拉拔強(qiáng)度已高于1Mpa。遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》中所要求的0.5Mpa，也高于28d齡期的拉拔強(qiáng)度。在本實驗中，我們認(rèn)為此時，水泥基陶瓷磚膠粘劑的強(qiáng)度已基本得以發(fā)揮。7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)后對試件進(jìn)行浸水養(yǎng)護(hù)，測試不同浸水養(yǎng)護(hù)齡期下的拉拔強(qiáng)度變化。從數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，浸水養(yǎng)護(hù)開始后，陶瓷磚膠粘劑的強(qiáng)度有一個明顯的下滑，并隨著浸水養(yǎng)護(hù)的時間有一個先下滑后回升的趨勢，浸水養(yǎng)護(hù)7d時間時，拉拔強(qiáng)度最低；繼續(xù)浸水養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度數(shù)值緩慢回升、穩(wěn)定。

對比7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)和7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件+21d浸水養(yǎng)護(hù)后的拉拔強(qiáng)度數(shù)據(jù)，浸水養(yǎng)護(hù)對水泥基瓷磚膠拉拔強(qiáng)度有巨大沖擊，在行標(biāo)規(guī)定的齡期中，浸水后的拉拔強(qiáng)度只能恢復(fù)到浸水前的60%左右，如圖1所示。

圖1 不含乳膠粉的陶瓷磚膠粘劑浸水養(yǎng)護(hù)過程中強(qiáng)度變化趨勢

2.2 添加了甲酸鈣的水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養(yǎng)護(hù)拉拔強(qiáng)度變化趨勢

甲酸鈣作為水泥的早強(qiáng)劑，能夠縮短水泥的凝結(jié)時間，加速鈣礬石的生成，增加了C3S和β-C2S反應(yīng)速率的水合作用，如圖2所示。

圖2 甲酸鈣對瓷磚粘結(jié)劑不同水養(yǎng)齡期強(qiáng)度影響

測試數(shù)據(jù)顯示，添加0.7%甲酸鈣的陶瓷磚膠粘劑，各養(yǎng)護(hù)條件和各齡期時的拉拔強(qiáng)度均不低于不含甲酸鈣的樣品。在7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)和28d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)后的拉拔強(qiáng)度均要高出20%左右。

從數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，浸水養(yǎng)護(hù)開始后，陶瓷磚膠粘劑的拉拔強(qiáng)度有一個明顯的下滑，并隨著浸水養(yǎng)護(hù)的時間有一個先下滑后回升的趨勢，這與不添加甲酸鈣的水泥基陶瓷磚膠粘劑趨勢相同。含有0.7%甲酸鈣的瓷磚膠強(qiáng)度回升速度快于不含甲酸鈣的產(chǎn)品，浸水3d后，拉拔強(qiáng)度就穩(wěn)定。

甲酸鈣的添加，提高了浸水前的原強(qiáng)度，浸水養(yǎng)護(hù)過程拉拔強(qiáng)度損失了原強(qiáng)度的40%左右，強(qiáng)度絕對值一直高于不含甲酸鈣的樣品，0.7%甲酸鈣對于保證水泥基瓷磚膠的強(qiáng)度有明顯作用。

2.3 添加了乳膠粉的水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養(yǎng)護(hù)拉拔強(qiáng)度變化趨勢(如圖3所示)

圖3 膠粉含量對瓷磚粘結(jié)劑水養(yǎng)強(qiáng)度的影響

可再分散乳膠粉，簡稱乳膠粉，作為第二種膠凝材料可以協(xié)同水泥提高水泥基陶瓷磚膠粘劑的內(nèi)聚力和粘結(jié)力。從測試數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，添加了乳膠粉的水泥基陶瓷磚膠粘劑7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)和28d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)后的拉拔強(qiáng)度均高于不含乳膠粉，而且隨著乳膠粉添加量增加，拉拔強(qiáng)度明顯增加。測試中發(fā)現(xiàn)，不含乳膠粉的樣品、含有1%的乳膠粉的樣品和含有0.7%甲酸鈣的樣品，28d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)后的拉拔強(qiáng)度均低于7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件養(yǎng)護(hù)后的拉拔強(qiáng)度，而含有2%以上乳膠粉的樣品，則拉拔強(qiáng)度處于持平狀態(tài)，沒有下滑。

與前面的測試結(jié)果相同，經(jīng)過7d標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件再進(jìn)行浸水養(yǎng)護(hù)，各樣品的拉拔強(qiáng)度均在下滑，趨勢相同，浸水養(yǎng)護(hù)對于含有乳膠粉和不含乳膠粉的水泥基陶瓷磚膠粘劑的拉拔強(qiáng)度都是一個沖擊。測試數(shù)據(jù)顯示，相對沒有乳膠粉的樣品，乳膠粉的添加會提高浸水養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度的絕對值，但浸水養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度損傷的百分率沒有改變，也可以說，乳膠粉在水泥基瓷磚膠粘劑的浸水過程中對拉拔強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不高。這主要是因為再分散乳膠粉膜吸水后會溶脹，膜的強(qiáng)度會下降，對于水泥基材料的內(nèi)聚力和粘結(jié)力的貢獻(xiàn)會失去大部分，表現(xiàn)為水泥基材料浸水后強(qiáng)度下降。

2.4 乳膠粉與甲酸鈣在水泥基陶瓷磚膠粘劑的功效對比(見圖4)

圖4 低摻量乳膠粉與甲酸鈣對瓷磚粘結(jié)劑強(qiáng)度的影響

對比0.7%甲酸鈣或1%～2%的乳膠粉的添加對于水泥基陶瓷磚膠粘劑拉拔強(qiáng)度及浸水后強(qiáng)度的影響，測度數(shù)據(jù)顯示，1%～2%的乳膠粉的添加對于提高標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件下的拉拔強(qiáng)度具有明顯作用。2%的乳膠粉能緩解28d強(qiáng)度相對于7d強(qiáng)度的倒縮。水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度損失率方面，0.7%甲酸鈣明顯優(yōu)于1%～2%的乳膠粉，含有甲酸鈣的水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水后強(qiáng)度能在較短時間恢復(fù)平穩(wěn)，并保持較高的絕對值。

3 結(jié)語

近年來水泥基陶瓷磚膠粘劑得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而應(yīng)用了陶瓷磚膠粘劑的工程出現(xiàn)空鼓掉磚的比例依然很高，特別是陶瓷磚粘貼工程在經(jīng)過幾個泡水循環(huán)后，空鼓率明顯提高。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，水泥水化之后得到具有較高強(qiáng)度的錨固物，聚合物形成的化學(xué)和物理膠結(jié)力，兩方面結(jié)合使得瓷磚粘結(jié)劑在空氣中具有較高的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。而泡水養(yǎng)護(hù)時，聚合物受到水的入侵，提供粘結(jié)作用的聚合物膜的形態(tài)發(fā)生了變化，發(fā)生了溶脹從而使得其體積變大。在空氣中時，聚合物膜可以提供很好的粘結(jié)力，但是一旦浸水，聚合物膜強(qiáng)度下降，其與瓷磚表面形成的化學(xué)和物理粘結(jié)力下降，從而使得在水中養(yǎng)護(hù)的粘結(jié)強(qiáng)度下降。但是水養(yǎng)護(hù)作用下水泥水化更為充分。對水泥漿和砂漿的研究可知，在水養(yǎng)護(hù)作用下，對比空氣養(yǎng)護(hù)狀態(tài)，相同齡期條件下，其強(qiáng)度有較大的增長。水泥基層強(qiáng)度的增長，其結(jié)果是導(dǎo)致瓷磚內(nèi)聚強(qiáng)度的增加，從而提高了瓷磚表面機(jī)械錨固力的增加。聚合物強(qiáng)度的下降和水泥基強(qiáng)度的增長兩方面的作用，使得水中養(yǎng)護(hù)的瓷磚膠粘劑的強(qiáng)度低于空氣中養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度。本實驗通過測試不同浸水時間后陶瓷磚膠粘劑拉拔強(qiáng)度的變化，評估對于水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水后能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求粘結(jié)強(qiáng)度的有效途徑。

實驗發(fā)現(xiàn)，水泥基陶瓷磚膠粘劑7d實驗室養(yǎng)護(hù)條件下可得到強(qiáng)度最高值，28d實驗室養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)下強(qiáng)度會有一定的下滑，這可能是水泥水化后出現(xiàn)的化學(xué)收縮引起的。只有含有一定的乳膠粉（如2%以上的乳膠粉），沒有這種28d齡期的強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象，這與乳膠粉存在，提高了水泥基材料的內(nèi)聚力、降低了彈性模量是相關(guān)的。同時，一定添加量的可再分散乳膠粉對于提高并保證水泥基陶瓷磚膠粘劑標(biāo)準(zhǔn)條件下的拉拔強(qiáng)度有明顯作用，但對于浸水后的強(qiáng)度保持方面，起到的作用有限。這與可再分散乳膠粉在水泥基材料中的工作原理是一致的，可再分散乳膠粉在水泥基材料中固化成膜，環(huán)境條件干燥，所成膜的狀態(tài)和物理力學(xué)性能會處理較佳狀態(tài)，對水泥基材料的內(nèi)聚力和粘結(jié)力都會提高；浸水后可再分散乳膠粉所成的聚合物膜吸水后會溶脹變軟，膜的強(qiáng)度會相應(yīng)下降，對于水泥基材料的內(nèi)聚力和粘結(jié)力的貢獻(xiàn)會失去大部分作用，表現(xiàn)為水泥基材料浸水后強(qiáng)度下降。

甲酸鈣作為水泥的早強(qiáng)劑，可以縮短水泥基陶瓷磚膠粘劑的初始和最終凝結(jié)時間，促進(jìn)了膠粘劑中早期水泥砂漿的水化，增加抗壓強(qiáng)度，絡(luò)合更多的游離水，使得各齡期的的水泥水化凝膠/空隙率增加。提高了砂漿的強(qiáng)度和體系的密實度，從而增加了其與粘結(jié)層的機(jī)械錨固力，另一方面它降低了膠粘劑干燥后的總孔隙率，加速鈣礬石的生成，宏觀的效果是水泥基陶瓷磚膠粘劑在浸水后強(qiáng)度恢復(fù)平穩(wěn)的時間短，強(qiáng)度損失率低。

綜合來講，浸水情況下水泥基陶瓷磚膠粘劑的性能會有較大的損失，浸水的1～2d內(nèi)是拉拔粘結(jié)強(qiáng)度最低的時間點，隨著泡水時間的推移，拉拔粘結(jié)強(qiáng)度會逐漸恢復(fù)并穩(wěn)定。添加劑能改善這個狀態(tài)，相對乳膠粉，甲酸鈣有更明顯的作用。