陶瓷砖吸水率、背纹及砖底粉残留量对粘结性能的影响*

张松竹

(蒙娜丽莎集团股份有限公司 广东 佛山 528000)

陶瓷砖作为建筑装饰材料，被广泛应用于建筑外墙及室内墙地面的装饰。目前陶瓷砖墙面装饰的铺贴工艺主要有干挂法和湿贴法两种。干挂法安全系数较高，适用面更广，但是由于施工工序比较复杂，成本较高，且空间损失较大，应用相对较少。湿贴法有水泥砂浆和瓷砖粘结剂湿贴(挂贴)两种方式，传统贴法是将抹有水泥砂浆的瓷砖压贴到基材上固定起来，水泥砂浆把瓷砖和基材之间的空隙填满，接着被压实，细小的水泥颗粒在渗入瓷砖多孔的背面同时也渗入多孔的基材中，随着水泥浆的硬化，瓷砖和基材的粘结完成[1]。因施工费用较少，空间损失小，施工工艺简单，目前采用比较多[2]。由于受施工技术、防水和粘结材料、人员技术熟练度、施工工艺、房屋基础下沉等诸多因素的影响，陶瓷砖在工程应用中铺贴完成1～2年的时间后偶尔会遇到脱落、空鼓等现象。而这一现象所引发的纠纷，因为没有陶瓷砖铺贴应用方面的相关理论数据支撑，所以往往以陶瓷砖公司付出经济赔偿了结。因此，如何减少此类问题的发生，亦成为影响陶瓷生产企业效益和社会效应的重要因素。为进一步加强陶瓷砖在铺贴应用方面的研究，解决长期以来因缺乏相应的应用数据且无理论基础支撑的现象，蒙娜丽莎集团股份有限公司作为陶瓷砖生产企业，从陶瓷砖产品本身出发，研究了陶瓷砖吸水率、背纹、“砖底粉”对粘结性能的影响。

1 试验

1.1 试验材料

水泥：海螺牌32.5级普通硅酸盐水泥；

砂：普通河沙；

瓷砖胶：PD303

陶瓷砖：蒙娜丽莎集团股份有限公司不同吸水率、不同背纹、不同程度残留砖底粉的瓷质砖、细炻砖、陶质砖。

1.2 试验方法

测试主要依据JCT 547-2005中水泥基胶粘剂的测试方法来做测试，主要测试了原强度、20 min晾置时间强度、耐温(热老化)强度和耐水强度(浸水强度)。测试环境：21～25 ℃，湿度 45%～55%，风速小于0.2 m/s。在测试之前，所有的混凝土板在标准环境下养护至少28 d； 原强度、20 min晾置时间强度、耐温强度和耐水强度的测试步骤详情请见JCT 547-2005 中的7.1-7.5。

2 陶瓷砖脱落浅析

根据《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》(JGJ 110-2010)标准，陶瓷砖饰面工程粘结强度要求不小于0.4 MPa，相当于40 t/m2，这是一个足够保证外墙饰面砖安全的强度要求，且是工程实践中必须要遵循的验收标准。

陶瓷砖脱落主要有两种形式：一是粘结砂浆与基层脱开；二是粘结砂浆与陶瓷砖脱开。陶瓷砖脱落原因是复杂的，从本质上看是陶瓷砖与基材之间的部分粘结界面所承受的拉应力，已经超过其抗拉强度。自工程验收之日起，拉应力随外界环境变化逐渐增大，系统中残存的水分以及后期进入的水分加剧了湿涨干缩、冻涨融缩的破坏力。因此，提高陶瓷砖粘贴的安全性应从两方面入手：一是提高系统的抗拉强度。陶瓷砖性能包括吸水率、背部结构、砖底粉残余量、自重、水蒸气渗透系数等指标，以提高粘结砂浆与陶瓷砖之间的吸附、渗透、锚固性能；保证粘贴面积；提高粘结砂浆和勾缝剂的耐侯性。二是降低、分散、传递拉应力。限制陶瓷砖、勾缝剂的吸水量；保证系统的逐层透气性，防止在粘结界面富集水；尽量延长各结构层施工的开放时间；设置伸缩缝；使用锚钉、增强网、分层支托等方式；提高粘结砂浆、勾缝剂的变形能力[3]。

3 结果分析与讨论

3.1 吸水率对对瓷砖胶粘结强度影响

根据国家标准GB/T 4100-2015，陶瓷砖按吸水率可分为低吸水率砖(Ⅰ类)、中吸水率(Ⅱ类)和高吸水率(Ⅲ类)。结合蒙娜丽莎集团股份有限公司陶瓷砖，瓷片的吸水率为15%，属于高吸水率陶瓷砖；小地砖的吸水率为5%左右，属于中吸水率陶瓷砖；瓷质砖和陶瓷薄板吸水率<0.1%，属于低吸水率陶瓷砖。

3.1.1 原强度测试

测试环境：21～25 度；湿度 45%～55%，风速小于0.2 m/s，铺贴的都是50 mm×50 mm 的小砖。

图1 不同吸水率瓷砖匹配不同瓷砖胶的粘结强度结果

从图1可以看出，不论使用哪种类型的瓷砖胶，随着瓷砖吸水率的增高，粘结强度整体也呈上升趋势，说明了瓷砖吸水率对粘结强度有很大影响；铺贴低吸水率的瓷质砖，我们需要谨慎地选择性能更优异的瓷砖胶PD506来铺贴；对于细炻砖和陶质砖，PD202 和PD303 以及PD506 的性能测试结果完全满足要求，说明陶瓷砖吸水率较高时，普通型的瓷砖胶亦可基本满足需求。

表1 不同吸水率瓷砖匹配水泥砂浆的粘结强度

从表1可以看出，原始强度均随着瓷砖吸水率增加呈上升趋势。

3.1.2 外墙切割拉拔测试

三种吸水率砖尺寸为300 mm×300 mm，在外墙铺贴后养护28 d，再进行切割拉拔；

对于低吸水率的瓷质砖，PD303 和PD506 的测试都比较理想，但还是显著低于其他两种陶瓷砖(吸水率比较高) 的拉拔数据，进一步说明了低吸水率瓷质砖对瓷砖胶的粘结力有更高要求；

对于吸水率稍高的细炻砖(3%～6%)和陶质砖(>10%)，PD202 和PD303 都已经可以较好地满足较牢固的粘贴需求。

图2 不同吸水率瓷砖对外墙切割拉拔强度的影响

3.2 背纹形状对瓷砖胶粘结强度影响

目前陶瓷砖背纹的选取主要从美观度及砖坯本身强度的角度出发，很少有研究陶瓷砖背纹形状对瓷砖胶粘结强度的影响。就本公司现有产品，陶瓷砖背纹主要为“方格纹”、“扫把纹”、“蝌蚪纹”、“波浪纹”产品。

3.2.1 原强度测试

在室内测试完成，铺贴的都是50 mm×50 mm 的小砖；

对于瓷质砖、细炻砖、陶制砖来说，不同背纹的砖样对原强度几乎没有影响。

3.2.2 外墙切割拉拔测试

三种吸水率砖尺寸为300 mm×300 mm，在外墙铺贴后养护28 d，再进行切割拉拔。

表2不同背纹小砖强度测试

对于低吸水率的瓷质砖来说，不同背纹的砖样对切割拉拔测试结果有影响，从方形、菱形再到不规则图案，整体测试结果呈现上升的趋势； 对于细炻砖来说，背纹深浅对原强度实际影响不大；对于吸水率较高的陶质砖，背纹深浅对原强度实际影响不大。

3.3 不同程度残留砖底粉对瓷砖胶粘结强度的影响

陶瓷砖在辊道窑烧成过程中，高温烧结的过程中会产生一定的液相，为了避免液相粘在棍棒上，造成棒钉，在入窑烧成前需在砖底涂一层氧化铝或氧化镁浆，砖坯烧成后会残留一定的氧化镁或氧化铝粉。一般经验：贴砖前要求将砖底粉清除干净，但在实际施工过程中，很少有工地对陶瓷砖进行去砖底粉预处理。针对砖底粉对瓷砖粘结强度的影响，研究了满砖底粉、正常产品砖底粉、无砖底粉3种情况下的粘结强度。

3.3.1 原强度测试

在室内测试完成，铺贴的都是50 mm×50 mm 的小砖；

对于吸水率较低的瓷质砖，从整体的测试结果来看，随着粉底覆盖率的增加，拉拔强度呈现上升趋势，只有PD506 的测试结果从正常(生产残留粉底)到100%粉底覆盖的情况，测试结果才呈现出下降趋势；对于细炻砖和陶制砖来说，正常生产砖样的测试结果明显高于粉底达到100%的覆盖率时的数据，说明了粉底一旦过多，则对粘结力产生较大的负面影响。

图3 瓷砖背纹种类对原强度的影响

图4 瓷砖背纹种类对外墙切割拉拔强度的影响

图5 不同粉底覆盖率对强度的影响

3.3.2 外墙切割拉拔测试

对于吸水率<0.5%，贴砖的尺寸为600 mm×600 mm；对于吸水率>3%,<6%，贴砖的尺寸为300 mm×300 mm；对于吸水率>10%，贴砖尺寸为300 mm×600 mm；在外墙铺贴后养护28 天，再进行切割拉拔；

对于低吸水率的瓷质砖，与上面的原强度测试结果趋势一致，拉拔数据随着粉底覆盖率而逐步增加；而对于细炻砖和陶质砖，没有粉底和正常生产残留粉底砖样的测试结果相比后者呈现略微上升的趋势，但我们发现断裂破坏的位置是在瓷砖胶本体，所以粘结强度实际上是比较接近的；但对于满铺粉底的砖样，能看得出部分测试结果有明显的下降趋势，说明粉底太多会对粘结力造成较大的负面影响；对于瓷质砖和高吸水率的陶质砖在粉底覆盖率上出现了这种不一致的趋势，我们做了进一步的分析，测试过程中发现，尽管粉底都是覆盖了100%，但是在瓷质砖上的粉底掉粉情况明显低于细炻砖和陶制砖，同样去观察切割拉拔后的破坏面，瓷砖胶浆料上面附着的粉底(瓷质砖)能够较好地附着在瓷砖胶表面，但对于细炻砖和陶制砖拉拔下来的破坏面，瓷砖胶浆料上面附着的粉底有很容易掉粉的现象，推测可能是由于不同陶瓷砖加工工艺对粉底的附着力及内聚力产生了一些影响而导致了这种结果。

图6 不同砖底粉对拉拔强度的影响

4 结论

陶瓷砖的吸水率是影响粘结力的主要因素之一，在实际应用中，吸水率越低，对瓷砖胶粘结力性能要求就越高，对瓷砖胶的匹配选择就应该越谨慎。

陶瓷砖的背纹情况对粘结力整体影响不大，但是需要注意的是，对于低吸水率的瓷质砖来说，不同背纹还是会对粘结力造成影响的，另外，在墙体上铺贴瓷砖的切割拉拔测试，凡是尺寸大于300 mm×300 mm 的陶瓷砖，按照实际应用施工方式(双面上浆)来进行，这种处理方式也可能会进一步弱化背纹的深浅对测试结果的影响。

陶瓷砖的粉底覆盖情况也会对粘结力造成影响，从目前的测试结果来看，细炻砖和陶质砖正常生产工艺残留下的粉底并不会对粘结力造成影响，主要是因为高吸水率陶瓷砖砖底有大量的开口毛细孔，水泥砂浆或瓷砖胶可以与其形成一定的机械键合力，达到较好的物理吸附水平。粉底过多的情况下就会造成较大的负面影响，但这是实验的极限状态，并不对实际产品产生影响；而瓷质砖的情况相对比较特殊，过多的粉底不会造成负面影响，主要是因为低吸水率陶瓷砖砖底基本无开口毛细孔，而在高温烧结过程中产生液相将氧化镁或氧化铝粉末颗粒包裹在砖底，形成了一个整体。在后续的磨边工序中，我公司均采用了清洗砖底粉的工艺，使得吸附在砖底的残余砖底粉都被彻底清洗。最后，包裹在砖底的砖底粉颗粒，增加了砖底的粗糙度，从而与瓷砖胶结合后产生更好的机械键合力。

综合陶瓷砖的吸水率，背纹和粉底覆盖率这3大因素对粘结强度的影响来看，影响最大的因素是吸水率，接着是粉底覆盖率，最后是背纹。