水泥基瓷砖胶粘剂性能的影响因素研究

2016-03-30温和李龙梓吴开胜重庆工商职业学院重庆40005江苏尼高科技有限公司江苏常州300

新型建筑材料 2016年1期

关键词：胶粉

温和，李龙梓，吴开胜（.重庆工商职业学院，重庆　40005；.江苏尼高科技有限公司，江苏常州　300）

水泥基瓷砖胶粘剂性能的影响因素研究

温和1，李龙梓2，吴开胜2
（1.重庆工商职业学院，重庆400052；2.江苏尼高科技有限公司，江苏常州213100）

摘要：研究了水泥用量、砂子级配和胶粉用量对水泥基瓷砖胶粘剂拉伸粘结原强度、浸水强度和耐热强度的影响。结果表明，水泥的最佳用量为40%；合理调整砂子的级配可以提高瓷砖胶的粘结强度；掺入胶粉可以显著改善胶粘剂的拉伸粘结原强度、浸水强度和耐热强度。

关键词：瓷砖胶粘剂；水泥基；级配；胶粉

Study of affecting factors on properties of cement based tile adhesives

WEN He1，LI Longzi2，WU Kaisheng2
（1.Chongqing Technology and Business Vocational College，Chongqing 400052，China；2.Jiangsu Nigao Science and Technology Co.Ltd.，Changzhou 213100，China）

目前，瓷砖是建筑装饰应用较为广泛的装饰材料，因其美观、大方、不易污染等特点受到广大用户的喜爱。随着瓷砖的发展，瓷砖的吸水率越来越低，瓷砖背面越来越光滑。随之而出现的质量问题，也为其使用带来了很大的阻碍。传统的砂浆粘贴方法的质量问题尤为显著。特别在一些潮湿环境和温差较大的环境，时常会出现瓷砖脱落的安全问题。因此，需要对瓷砖胶粘剂的耐水性能和耐热性能进行重点分析。本文主要研究水泥用量、砂子级配、胶粉用量对水泥基瓷砖胶粘剂的拉伸粘结原强度、耐水强度和耐热强度的影响。

1　试验

1.1原材料与仪器设备

水泥：P·O42.5水泥，其性能指标见表1；砂子：其级配见表2；填料：325目方解石粉；羟乙基甲基纤维素，黏度40 000 mPa·s；可分散胶粉：醋酸乙烯－乙烯共聚物，瓦克化学有限公司。

表1　水泥的主要性能指标

表2　砂子的级配

试验用瓷砖：符合JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》标准要求，吸水率≤0.2%，未上釉，具有平整的粘结面，尺寸为（50±2）mm×（50±2）mm，厚度4～10mm。

试验用混凝土板：符合JC/T 547—2005标准要求，规格为400mm×400mm×50mm。

主要仪器设备：电热鼓风干燥箱，苏州德瑞普烘箱制造有限公司；水泥胶砂搅拌机，湟中东山建材开发有限公司；液压式万能试验机，济南试金集团有限公司。

1.2试验方法

本试验主要考察瓷砖胶的拉伸粘结强度，包括原强度、耐水强度和耐热强度。主要按照JC/T 547—2005的相关规定进行测试。

原强度测试：试样在标准试验条件下养护27 d后，在瓷砖上粘结拉拔头，继续在标准试验条件下养护24 h后测试原强度。

耐水强度测试：试样在标准试验条件下养护7 d后，然后在（20±2）℃的水中养护20 d。表面擦干，在瓷砖上粘结拉拔头，7 h后放入（20±2）℃水中，17h后测试耐水强度。

耐热强度测试：试样在标准试验条件下养护14 d，放置于（70±2）℃电热鼓风烘箱中14 d，然后从烘箱中取出，在瓷砖上粘结拉拔头，继续在标准条件下养护24 h后测试耐热强度。

1.3试验基础配方（见表3）

2　结果与分析

2.1水泥用量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

在水泥基瓷砖胶粘剂中，水泥水化生成的产物介于基层与瓷砖之间，并渗入到瓷砖背面的空隙中，起到咬合作用，从而达到粘结瓷砖的效果，这是一种化学粘结方式[1]。在表3基础配方的基础上对水泥用量进行调整（保持水泥与砂的总量不变），以研究水泥用量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响。

图1　水泥用量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

由图1可见：（1）水泥用量为30%～40%时，随着水泥掺量的增加，瓷砖胶的原强度、耐水强度和耐热强度都逐渐提高。但当水泥用量达到45%时，其原强度和耐水强度的增加幅度显著降低，与此同时，其耐热强度反而降低。在一定范围内增加水泥的用量，会增加水泥水化产物C－S－H凝胶的生成量，进而会增强胶粘剂与瓷砖的咬合作用，增强瓷砖的粘结效果[2]。水泥用量过多会影响体积稳定性，导致后期收缩，反而不利于强度的提升。水泥用量的增加会导致瓷砖胶的刚性增大，柔韧性降低。（2）在同一水泥用量的条件下，原强度大于耐水强度，耐水强度大于耐热强度。在水泥水化良好的水泥浆体中，随着多种离子的析出，其pH值为12.5～13.5，处于一种稳定的平衡状态，但当其长期浸泡在水中时，外界淡水的浸入，会打破其平衡状态。其中的一些物质如Ca（OH）2会不断地溶解，产生溶出式侵蚀，从而导致结构的破坏，降低强度。对于耐热强度降低，有研究表明，钙矾石在一定的温度下脱水是导致其强度降低的主要原因。在50℃时，钙矾石会出现少量结晶水脱出；74℃下脱水相当强烈，根据X射线的衍射分析发现，钙矾石的晶体结构发生了很大破坏。因此，在高温后瓷砖胶粘剂强度会出现显著下降。综合考虑，水泥的最佳用量为40%，此时，瓷砖胶的拉伸粘结强度原强度大于耐水强度，耐水强度大于耐热强度。

2.2砂子级配对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

水泥的水化过程是一个体积收缩的过程，适当加入砂子对维持后期的体积稳定性起到至关重要的作用。在表3基础配方中，调整水泥用量为40%、砂用量为50%，在此基础上对砂子的级配进行调整，研究砂子级配（见表4）对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响，结果见图2。

表4　砂子级配

图2　砂子级配对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

由图2可以看出，在一定范围内，随着砂子级配中粒径0.075～0.15mm砂子含量的增大，原强度、浸水强度和耐热强度都逐渐提高。砂子是一种惰性填料，不会起到增强粘结的作用。但砂子级配的调整会改善瓷砖胶粘剂的孔隙结构。砂子的级配越合理、孔隙越少，瓷砖胶粘剂的密实程度越高，其与瓷砖的粘结就会越紧密，原强度就会越高。随着内部孔隙的减少，外部水渗入瓷砖胶粘剂的通道也会逐渐减少，更加有利于维持其内部的离子浓度稳定，从而促进耐水强度的提高。瓷砖胶粘剂与瓷砖界面的粘结越紧密，咬合作用越强，也会在一定程度上促进耐热强度的提升。但当砂子的级配中细砂的比例过高时，瓷砖胶过于致密，在高温条件下，反而会降低其耐热强度。

因此，在保证水泥基瓷砖胶粘剂体积稳定性的前提下，需要对砂子的级配进行分析，选择合理的砂子级配，降低孔隙率，可以有助于提高其粘结强度。在试验范围内，砂子级配为3＃时，最有利于拉伸粘结强度的提升。

2.3胶粉用量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

可分散胶粉是水泥基瓷砖胶粘剂中的重要添加剂。在瓷砖粘结过程中，除了水泥水化产物的化学作用外，还可以通过胶粉的成膜作用直接粘结瓷砖。二者的协同作用，可以起到一定的互补。同时，胶粉具有很好的柔韧性，可以改善水泥的刚度，对外界的冲击和温度变化有一定的缓冲作用，可以改善水泥基瓷砖胶粘剂的耐久性和安全性。本实验选择市场上使用较广的醋酸乙烯-乙烯共聚物的可分散胶粉，这种胶粉有粘结强度高的特点。调整基础配方中的水泥用量为40%、砂子为3＃级配，在此基础上对胶粉用量进行调整，研究胶粉用量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响，结果见图3。

图3　胶粉用量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

由图3可以看出，随着胶粉用量的增加，瓷砖胶粘剂的原强度、耐水强度和耐热强度逐渐提高。胶粉在溶于水后逐步成膜，增强瓷砖胶粘剂与瓷砖界面的粘结力，改善界面的粘结效果，从而提高瓷砖的粘结力。随着胶粉用量的增加，瓷砖胶的整体密实性也相对增大。水在瓷砖胶粘剂中的渗透作用显著减小，离子的溶解现象受到很大的抑制，瓷砖胶粘剂在浸水后的强度损失较小。在外界温度的作用下，除了水泥石的结构破坏外，还出现另一种破坏形式。在高温条件下，基体、瓷砖胶粘剂和瓷砖的热膨胀系数不同，基体/瓷砖胶粘剂界面和瓷砖胶粘剂/瓷砖界面会出现界面裂缝，导致瓷砖胶粘剂的耐热强度急剧降低[3]。加入适量胶粉后，瓷砖胶粘剂的柔韧性显著提高，大幅度降低界面出现裂缝的机率。此外，胶粉成膜后对水泥水化产物起到保护作用，进一步减缓水化产物的结构破坏[4]。

因此，胶粉可以显著改善水泥基瓷砖胶粘剂的原强度、耐水强度和耐热强度。在试验的范围内，当胶粉用量为3%及以上时，其耐热强度可以达到JC/T 547—2005标准要求的1.0 MPa，继续增加还可以继续提高其耐热强度。