水泥基陶瓷砖胶粘剂在水养护过程中拉拔强度变化趋势浅析

罗建光 李玉海

(1.广州市凯聚新材料有限公司，广东 广州 510000；2.能高共建(上海)新型环保建材有限公司，上海 200000)

陶瓷饰面砖因其优异的理化性能和丰富的装饰效果，在室内装饰装修、建筑物外墙装饰方面，一直得到人们的青睐。在国内外各类建筑装饰当中得到广泛使用，是当前最为重要的建筑饰面材料之一，是一些特定的部位（如厨房、卫生间）最适合的饰面材料。陶瓷饰面砖以其优良的抗污、耐磨、耐久和装饰性能，被各国人民所喜爱，正因这种喜爱，也给瓷砖带来不断更新的动力，从陶砖，到釉面砖、通体砖、瓷片，再到玻化砖、仿古砖、仿石砖，到目前的薄板、微晶石、全抛釉，瓷砖家族技术不断更新、品质不断提高、花色不断创新。随着陶瓷砖应用场合的扩大和陶瓷砖制造技术的发展，瓷砖的品质有了极大的改进。例如，为了满足瓷砖耐磨性、抗冻性等要求，非常密实的的瓷砖的用量正越来越多，陶瓷砖的尺寸也越来越大。孔隙多的基材和陶瓷砖都已经不常见了，因此，传统的水泥砂浆粘贴瓷砖的技术工艺已经不能满足这种高致密度材料所需的粘贴要求。为保证陶瓷砖的粘贴安全，欧美发达国家在50年代发明并推广使用了瓷砖胶粘剂产品和配套的薄贴法工艺，并随着实践经验的积累，建立了完善的材料技术要求，对粘贴材料的选择、材料与面材的配合要求做了明确的规定，使得陶瓷砖镶贴体系在国外有着非常好的安全性和耐久性。为这个安全、耐久的体系提供保障的材料之一就是可再分散乳胶粉改性的水泥基瓷砖粘结材料，通过聚合物作为第二胶凝材料的改性，持久地改善陶瓷砖胶粘剂的品质，并且最大程度满足特定的要求。很多测试发现水泥基瓷砖粘结材料在浸水养护后拉拔强度有较大的粘结力损失，关于陶瓷砖胶粘剂的行业标准JC/T 547—2017中测试粘结材料在浸水21d后的拉拔强度值，但从实际应用的角度来讲，工地现场的瓷砖粘结剂在施用后并没有实验室那样的养护条件，特别是在南方地区，经常是在瓷砖粘贴几天就会遇到下雨，此时粘结剂的强度状态如何不得而知。该文通过测试探讨浸水多久是瓷砖粘结材料拉拔强度的最低点，在浸水过程中陶瓷砖胶粘剂强度变化情况如何，聚合物、早强剂的添加对于瓷砖胶粘剂浸水养护后的拉拔强度是有贡献的。以下详细介绍了原材料与试验结果。

1 原材料(见表1)

表1 原材料

甲酸钙（Ca（HCOO））是多元醇制造过程中的副产物，可用于水泥的快速凝固剂、润滑剂、早强剂，加快水泥的硬化速度，缩短凝结时间。Ca（HCOO）可促进CS的水化，掺有Ca（HCOO）的普硅水泥浆体硬化后可产生更多的钙矾石（AFt），从而增加早期强度，测试配方见表2。

表2 测试配方

2 试验结果

按照现行行业标准JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中相应的要求进行胶粘剂的拌和并成型测试试件，在标准中要求的养护环境条件下进行并护，参照标准中要求的28d标准养护条件及浸水养护过条件，同时加入7d标准条件+不同浸水时间养护，测试不同养护时间下，水泥基陶瓷砖胶粘剂拉拔强度变化的趋势。

2.1 不含聚合物的水泥基陶瓷砖胶粘剂浸水养护拉拔强度变化趋势

这里的聚合物是指可再分散乳胶粉，通常作为第二种胶凝材料出现在水泥基材料中，一起来提高水泥基材料内聚力、粘结强度，抗热冲击性能和降低水泥基材料弹性模量的作用。没添加聚合物的陶瓷砖胶粘剂中，水泥水化产物为拉拔强度提供主要贡献。添加了纤维素醚等添加剂的水泥基陶瓷砖胶粘剂终凝时间通常在9h左右，7d标准实验室条件养护，水泥已有一定的水化率，从本实验数所来看，经过7d的标准实验室条件养护，瓷砖胶的拉拔强度已高于1Mpa。远高于行业标准JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中所要求的0.5Mpa，也高于28d龄期的拉拔强度。在本实验中，我们认为此时，水泥基陶瓷砖胶粘剂的强度已基本得以发挥。7d标准实验室条件养护后对试件进行浸水养护，测试不同浸水养护龄期下的拉拔强度变化。从数据可以发现，浸水养护开始后，陶瓷砖胶粘剂的强度有一个明显的下滑，并随着浸水养护的时间有一个先下滑后回升的趋势，浸水养护7d时间时，拉拔强度最低；继续浸水养护，强度数值缓慢回升、稳定。

对比7d标准实验室条件养护和7d标准实验室条件+21d浸水养护后的拉拔强度数据，浸水养护对水泥基瓷砖胶拉拔强度有巨大冲击，在行标规定的龄期中，浸水后的拉拔强度只能恢复到浸水前的60%左右，如图1所示。

图1 不含乳胶粉的陶瓷砖胶粘剂浸水养护过程中强度变化趋势

2.2 添加了甲酸钙的水泥基陶瓷砖胶粘剂浸水养护拉拔强度变化趋势

甲酸钙作为水泥的早强剂，能够缩短水泥的凝结时间，加速钙矾石的生成，增加了C3S和β-C2S反应速率的水合作用，如图2所示。

图2 甲酸钙对瓷砖粘结剂不同水养龄期强度影响

测试数据显示，添加0.7%甲酸钙的陶瓷砖胶粘剂，各养护条件和各龄期时的拉拔强度均不低于不含甲酸钙的样品。在7d标准实验室条件养护和28d标准实验室条件养护后的拉拔强度均要高出20%左右。

从数据可以发现，浸水养护开始后，陶瓷砖胶粘剂的拉拔强度有一个明显的下滑，并随着浸水养护的时间有一个先下滑后回升的趋势，这与不添加甲酸钙的水泥基陶瓷砖胶粘剂趋势相同。含有0.7%甲酸钙的瓷砖胶强度回升速度快于不含甲酸钙的产品，浸水3d后，拉拔强度就稳定。

甲酸钙的添加，提高了浸水前的原强度，浸水养护过程拉拔强度损失了原强度的40%左右，强度绝对值一直高于不含甲酸钙的样品，0.7%甲酸钙对于保证水泥基瓷砖胶的强度有明显作用。

2.3 添加了乳胶粉的水泥基陶瓷砖胶粘剂浸水养护拉拔强度变化趋势(如图3所示)

图3 胶粉含量对瓷砖粘结剂水养强度的影响

可再分散乳胶粉，简称乳胶粉，作为第二种胶凝材料可以协同水泥提高水泥基陶瓷砖胶粘剂的内聚力和粘结力。从测试数据可以发现，添加了乳胶粉的水泥基陶瓷砖胶粘剂7d标准实验室条件养护和28d标准实验室条件养护后的拉拔强度均高于不含乳胶粉，而且随着乳胶粉添加量增加，拉拔强度明显增加。测试中发现，不含乳胶粉的样品、含有1%的乳胶粉的样品和含有0.7%甲酸钙的样品，28d标准实验室条件养护后的拉拔强度均低于7d标准实验室条件养护后的拉拔强度，而含有2%以上乳胶粉的样品，则拉拔强度处于持平状态，没有下滑。

与前面的测试结果相同，经过7d标准实验室条件再进行浸水养护，各样品的拉拔强度均在下滑，趋势相同，浸水养护对于含有乳胶粉和不含乳胶粉的水泥基陶瓷砖胶粘剂的拉拔强度都是一个冲击。测试数据显示，相对没有乳胶粉的样品，乳胶粉的添加会提高浸水养护后强度的绝对值，但浸水养护后强度损伤的百分率没有改变，也可以说，乳胶粉在水泥基瓷砖胶粘剂的浸水过程中对拉拔强度的贡献不高。这主要是因为再分散乳胶粉膜吸水后会溶胀，膜的强度会下降，对于水泥基材料的内聚力和粘结力的贡献会失去大部分，表现为水泥基材料浸水后强度下降。

2.4 乳胶粉与甲酸钙在水泥基陶瓷砖胶粘剂的功效对比(见图4)

图4 低掺量乳胶粉与甲酸钙对瓷砖粘结剂强度的影响

对比0.7%甲酸钙或1%～2%的乳胶粉的添加对于水泥基陶瓷砖胶粘剂拉拔强度及浸水后强度的影响，测度数据显示，1%～2%的乳胶粉的添加对于提高标准实验室条件下的拉拔强度具有明显作用。2%的乳胶粉能缓解28d强度相对于7d强度的倒缩。水泥基陶瓷砖胶粘剂浸水养护后强度损失率方面，0.7%甲酸钙明显优于1%～2%的乳胶粉，含有甲酸钙的水泥基陶瓷砖胶粘剂浸水后强度能在较短时间恢复平稳，并保持较高的绝对值。

3 结语

近年来水泥基陶瓷砖胶粘剂得到了越来越广泛的应用，而应用了陶瓷砖胶粘剂的工程出现空鼓掉砖的比例依然很高，特别是陶瓷砖粘贴工程在经过几个泡水循环后，空鼓率明显提高。在标准状态下，水泥水化之后得到具有较高强度的锚固物，聚合物形成的化学和物理胶结力，两方面结合使得瓷砖粘结剂在空气中具有较高的拉伸粘结强度。而泡水养护时，聚合物受到水的入侵，提供粘结作用的聚合物膜的形态发生了变化，发生了溶胀从而使得其体积变大。在空气中时，聚合物膜可以提供很好的粘结力，但是一旦浸水，聚合物膜强度下降，其与瓷砖表面形成的化学和物理粘结力下降，从而使得在水中养护的粘结强度下降。但是水养护作用下水泥水化更为充分。对水泥浆和砂浆的研究可知，在水养护作用下，对比空气养护状态，相同龄期条件下，其强度有较大的增长。水泥基层强度的增长，其结果是导致瓷砖内聚强度的增加，从而提高了瓷砖表面机械锚固力的增加。聚合物强度的下降和水泥基强度的增长两方面的作用，使得水中养护的瓷砖胶粘剂的强度低于空气中养护条件下的强度。本实验通过测试不同浸水时间后陶瓷砖胶粘剂拉拔强度的变化，评估对于水泥基陶瓷砖胶粘剂浸水后能满足标准要求粘结强度的有效途径。

实验发现，水泥基陶瓷砖胶粘剂7d实验室养护条件下可得到强度最高值，28d实验室养护条件养护下强度会有一定的下滑，这可能是水泥水化后出现的化学收缩引起的。只有含有一定的乳胶粉（如2%以上的乳胶粉），没有这种28d龄期的强度倒缩现象，这与乳胶粉存在，提高了水泥基材料的内聚力、降低了弹性模量是相关的。同时，一定添加量的可再分散乳胶粉对于提高并保证水泥基陶瓷砖胶粘剂标准条件下的拉拔强度有明显作用，但对于浸水后的强度保持方面，起到的作用有限。这与可再分散乳胶粉在水泥基材料中的工作原理是一致的，可再分散乳胶粉在水泥基材料中固化成膜，环境条件干燥，所成膜的状态和物理力学性能会处理较佳状态，对水泥基材料的内聚力和粘结力都会提高；浸水后可再分散乳胶粉所成的聚合物膜吸水后会溶胀变软，膜的强度会相应下降，对于水泥基材料的内聚力和粘结力的贡献会失去大部分作用，表现为水泥基材料浸水后强度下降。

甲酸钙作为水泥的早强剂，可以缩短水泥基陶瓷砖胶粘剂的初始和最终凝结时间，促进了胶粘剂中早期水泥砂浆的水化，增加抗压强度，络合更多的游离水，使得各龄期的的水泥水化凝胶/空隙率增加。提高了砂浆的强度和体系的密实度，从而增加了其与粘结层的机械锚固力，另一方面它降低了胶粘剂干燥后的总孔隙率，加速钙矾石的生成，宏观的效果是水泥基陶瓷砖胶粘剂在浸水后强度恢复平稳的时间短，强度损失率低。

综合来讲，浸水情况下水泥基陶瓷砖胶粘剂的性能会有较大的损失，浸水的1～2d内是拉拔粘结强度最低的时间点，随着泡水时间的推移，拉拔粘结强度会逐渐恢复并稳定。添加剂能改善这个状态，相对乳胶粉，甲酸钙有更明显的作用。