非标施工对瓷砖胶性能的影响

2023-11-08豆少华

新型建筑材料 2023年10期

豆少华

（东方雨虹砂粉科技集团有限公司，北京 100123）

0 前言

以水泥基瓷砖胶为代表的预拌砂浆胶粘强度是水泥砂浆的数倍，同时具有更高的抗变形能力，可有效避免空鼓、脱落，其产品环保性及施工工艺环保性也极具优势。同时，瓷砖胶等预拌砂浆取代现拌现用的水泥砂浆后，也将大大降低装修现场的粉尘污染，对于改善工人工作条件及推动施工工人向着更加职业化、专业化发展具有重要意义。瓷砖空鼓、脱落是目前装修后遇到的主要质量问题，对于消费者来说，瓷砖铺贴的难点在于监督。作为一项“隐蔽工程”，瓷砖贴得够不够牢固，会不会空鼓，短时间内很难看出来。超60%受访者遭遇过瓷砖空鼓、脱落的问题。而关于原因的调查，64%的受访者认为是原来墙体的基面没有处理好；62%的受访者认为是由于瓷砖铺贴产品质量不好；还有56%的受访者认为是师傅铺贴瓷砖时工艺不正确[1]。

对于如何提高瓷砖胶的性能来降低瓷砖胶空鼓、脱落风险，众多科研工作者大体从2 方面考虑：一方面，提高瓷砖胶的拉伸粘结强度；另一方面，减小瓷砖胶的干缩值。宁镱彭等[2]通过研究VAE 乳胶粉改性砂浆耐久性，得出VAE 乳胶粉与砂浆中的骨料在浆体内部形成高粘结力的网状膜结构，填充改性砂浆的孔隙，使浆体内部更加密实，进而增强了改性砂浆的耐久性。何俊鹏等[3]通过研究单组分背胶在瓷砖铺贴中的应用，指出单组分背胶虽不能提高瓷砖与瓷砖胶之间的拉伸粘结强度，但能在刚性的瓷砖胶与瓷砖之间形成一层柔性过渡层，起到吸收温度形变应力的作用，进而减少空鼓，提高瓷砖铺贴体系的安全性。范敦城[4]通过在瓷砖胶中掺入矿粉与偏高岭土，提高了瓷砖胶的浸水后拉伸粘结强度。詹疆淮等[5]研究发现，随着碱当量和矿渣掺量增加，粉煤灰-矿渣砂浆抗压、抗折强度呈逐渐提高趋势，吸水率和干燥收缩呈逐渐减小趋势。高昱和张琳[6]通过在干混砂浆中掺入木质纤维，来达到降低砂浆的失水率而最终减小砂浆的干缩率。

真正做好瓷砖胶的应用，一方面在于研发出更优质的配方，应用于生产生活中；另一方面，也要注意实际施工中的规范性。本文介绍的“非标施工”，泛指不按标准施工工艺要求进行瓷砖胶拌合及铺贴。文章仅在实验室的角度从瓷砖胶施工拌合加水量、施工时间、在成品瓷砖胶中掺入河砂、水泥、乳胶粉5 方面来探讨这些非标施工对瓷砖胶性能的影响。

1 试验

1.1 试验原料

水泥：P·O42.5 冀东水泥，3 d 抗折、抗压强度分别为5.2、33.5 MPa，28 d 抗折、抗压强度分别为8.9、52.2 MPa；河砂：1#河砂与2#河砂，由唐山工厂提供，其粒径分布见表1；非离子型纤维素醚：20P（黏度20~30 Pa·s），12K（黏度80~100 Pa·s），20H（黏度180~200 Pa·s），市售；乳胶粉：醋酸乙烯酯与乙烯共聚可再分散乳胶粉（VAc/E），市售；速凝剂：甲酸钙，市售；偏高岭土、钙基膨润土等，市售；水：自来水。

表1 河砂的粒径分布

1.2 试验仪器设备

精密鼓风干燥箱（BPG-9156A）、水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱（HBY-40A）、水泥胶砂搅拌机（JJ-5）、拉伸粘结强度试验机（LBY-V1）、全自动抗折抗压一体机（TYE-300D）、水泥胶砂流动度测定仪（NDJ-3）、水泥胶砂振实台（ZS-15）、金属丝编制网试验筛（中国航空工业第五四零厂产）。

1.3 试验设计

按照表2 配方，配制符合GB/T 25181—2019《预拌砂浆》中Ⅰ（室内）型要求的瓷砖胶，命名DTA-1；配制符合JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中C1 型要求的瓷砖胶，命名C1；配制符合JC/T 547—2017 中C2ES1 型要求的瓷砖胶，命名C2。瓷砖胶的性能测试结果见表3。

表2 瓷砖胶配方g

表3 瓷砖胶的性能测试结果

1.4 性能测试方法

晾置强度、原强度与浸水强度试件成型、养护及测试均按照JC/T 547—2017 中相关要求进行。

干缩率是影响其性能的一个重要因素，在引起砂浆收缩的4 种原因[7]中，普通水泥的100 d 化学收缩值约0.70 mm/m；因水泥浆水分蒸发引起的干燥收缩其28 d 干缩值为0.6~1.0 mm/m，砂浆加入聚合物后，28 d 干缩值都要大于1.5 mm/m；温度收缩引起的冷缩较小；混凝土的碳化收缩在常温养护、相对湿度为50%时可达0.4 mm/m。可见，干缩值是收缩中最大的影响因素，干缩值大会影响其体积稳定性[8]，干缩等积蓄的内应力会导致瓷砖系统出现空鼓、脱落等破坏[9]。此次试验按照JC/T 603—2004《水泥胶砂干缩试验方法》对瓷砖胶成型干缩试件，在[（23±2）℃，相对湿度（90±5）%]的环境中养护（48±2）h 后拆模，拆模后的干缩试件在[（23±2）℃，相对湿度（50±5）%]环境中养护4 h 后测试初长，随后在[（23±2）℃，相对湿度（50±5）%]环境中养护26 d 后，测其成型后28 d 的最终长度，干缩率按照JC/T 603—2004 计算。

2 结果与讨论

2.1 加水量变化对瓷砖胶性能的影响

一般在产品包装上，均有标注指导加水量范围，如加水量范围标准为：最佳加水量±20 g/kg。此项试验，按照表2 配制瓷砖胶样品后，以“最佳加水量”为对照组，加水量±20 g 作为2个试验组，分别成型DTA-1、C1 与C2 瓷砖胶。测试加水量变化对瓷砖胶性能的影响，结果见表4。

表4 加水量变化对瓷砖胶性能的影响

由表4 可见，3 种瓷砖胶在最佳加水量时，其拉伸粘结强度总体上表现最好，在加水量±20 g 的变化中其拉伸粘结强度损失不大。减少加水量引起的拉伸粘结强度损失，是由于加水量不足，导致产品中水泥水化不完全。而增加加水量引起的28 d 原强度和浸水强度损失，是由于加水量过多，瓷砖胶硬化后内部孔隙增多，使其内部材料间的粘结面积减少从而降低其拉伸粘结强度；晾置强度在加水量增加时，随之增高，是因为多加入的水作为在开放时间20 min（或30 min）过程中瓷砖胶蒸发水的补充，使本该因缺水不能完全水化的水泥完成水化。随着加水量的增加，瓷砖胶在干燥过程中水泥浆体随水分蒸发发生收缩，干缩率随之增大。C2 组因为配方更复杂，其所受影响更为明显；DTA-1 组与C1 组因为配方中水泥与河砂用量相近，其干缩率变化基本同步。

2.2 施工时间对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

瓷砖胶产品一般在拌合完成后，可以在2 h 内使用，这是由于瓷砖胶中掺有纤维素醚。纤维素醚对C3S 的水化阻碍会造成砂浆硬化过程的延迟，而C3A/CaSO4系统诱导期的延长则会使砂浆的凝结推迟[10]，从而对瓷砖胶整体起到了缓凝作用。不过，拌合后施工时间过长，可能依然对瓷砖胶拉伸粘结强度产生不利影响。将拌合后静置2.5 h 与4.0 h 的瓷砖胶作为试验组，与对照组（拌合完成即用）进行对比，施工时间对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响见表5。

表5 施工时间对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响

由表5 可见，3 种瓷砖胶在拌合完静置2.5 h 时的拉伸粘结强度略有降低，而在静置4.0 h 时其拉伸粘结强度降低更多。分析原因：一方面，因为长时间静置，瓷砖胶本身水分蒸发，表层结皮，在成型过程中这些结皮的瓷砖胶混入其余瓷砖胶中，作为不良杂质影响整体拉伸粘结强度；另一方面，浆体中的水泥临近或开始失去塑性，使用时一定程度上影响了其拉伸粘结强度。3 种瓷砖胶中，C2 组所受影响较小，这是因为C2 瓷砖胶的配方中含有约5%可再分散乳胶粉，当砂浆采用可再分散乳胶粉改性时，在砂浆干透后，已经形成的乳胶膜进一步聚结（乳胶成膜的最后阶段），砂浆由此继续获得内聚强度和拉伸粘结强度的增长[11]，对瓷砖胶拉伸粘结强度起到一定的补充作用。

2.3 河砂替代量对成品瓷砖胶性能的影响

瓷砖胶属于干混砂浆，干混砂浆是水泥、干燥骨料或粉料、添加剂以及根据性能确定的其他组分，按一定比例，在专业生产厂经计量、混合而成的混合物，在使用地点按规定比例加水或配套组分拌合使用[12]。而在实际施工中，有时为降低施工成本，在成品瓷砖胶中掺入黄砂进行施工。在成品瓷砖胶中，河砂按5%、10%、20%等质量替代瓷砖胶，与对照组进行性能对比，研究河砂替代量对成品瓷砖胶性能的影响，结果见表6。

表6 河砂替代量对成品瓷砖胶性能的影响

由表6 可见，无论是配方最简单的DTA-1 组瓷砖胶，还是配方最复杂的C2 组瓷砖胶，其各项拉伸粘结强度都随着河砂替代量的增加而降低。因为随着河砂替代量增加，瓷砖胶中水泥用量逐渐降低，当水泥用量较低时，水泥浆体数量不足，浆体的黏度较小，对瓷砖的粘结力较弱[13]。同样，由于C2组配方复杂，在各组分的协同作用下，其拉伸粘结强度降低得更加平缓。随着河砂替代量的增加，瓷砖胶的干缩率有所减小，这是因为河砂不会像水泥浆体那样随着瓷砖胶的干燥而收缩，故而一定程度上减小了瓷砖胶的干缩率。

2.4 水泥替代量对成品瓷砖胶性能的影响

自家装修的客户为了提高瓷砖胶拉伸粘结强度，常在成品瓷砖胶中多掺水泥。在成品瓷砖胶中，水泥按5%、10%、20%等质量替代瓷砖胶，与对照组进行性能对比，水泥替代量对瓷砖胶性能的影响见表7。

表7 水泥替代量对瓷砖胶性能的影响

由表7 可见，随着水泥替代量的增加，3 种瓷砖胶的干缩率均大幅增大，这是因为瓷砖粘结剂干燥收缩也随着水泥用量的增加而增大[14]，这就不难解释瓷砖胶在水泥用量增加到一定程度后拉伸粘结强度反而降低了，因为一方面增加水泥用量，会降低骨料（河砂）的骨架支撑作用[13]；另一方面，当水泥用量达到45%左右时，瓷砖胶与瓷砖之间的结合力主要是机械锚固和分子间范德华力的物理吸附作用，由于测试用瓷砖的吸水率极低（小于0.2%），所以主要是物理吸附作用，当水泥用量达到一定水平后，拉伸粘结强度不再明显提高[15]，结合干缩率增大，瓷砖与瓷砖胶间的剪切力一直蓄积，进而影响瓷砖胶的自身拉伸粘结强度。所以在实际应用中，绝大多数瓷砖胶并非是由于自身拉伸粘结强度不够而导致的空鼓、掉砖等贴合问题，而是由于室内外环境变化和随着贴合时间变久而引起的收缩问题[8]。

2.5 乳胶粉替代量对成品瓷砖胶性能的影响

一些客户为了让自家装修用瓷砖胶的质量更有保障，盲目地在成品瓷砖胶中外掺大量VAE 乳胶粉。确实瓷砖胶作为改性砂浆的一种，加入VAE 乳胶粉促进了水泥砂浆后期水化，从而进一步提高了改性砂浆的耐久性[2]。在成品瓷砖胶中，乳胶粉按1%、2%、5%等质量替代瓷砖胶，与对照组进行性能对比，乳胶粉替代量对瓷砖胶性能的影响见表8。

表8 乳胶粉替代量对瓷砖胶性能的影响

由表8 可见，随着乳胶粉替代量的增加，3 种瓷砖胶的原强度、晾置与浸水强度都实现了稳定提升。乳胶粉提高瓷砖胶原强度的主要原因是其与水泥能形成网络护穿结构，封闭了瓷砖胶内部空隙，加强了骨料之间的粘结[16]；乳胶粉提高瓷砖胶晾置强度的原因在于，可再分散乳胶粉能够吸附一定量的水分，使瓷砖胶快速地润湿陶瓷砖，并渗透到陶瓷砖孔隙中，形成机械互锁[16]；乳胶粉提高瓷砖胶浸水强度的原因在于其提高了瓷砖胶的密实度，水分不易进入瓷砖胶内部（瓷砖胶与瓷砖界面的范德华力由于浸水后水分进入会遭到破坏），范德华力破坏趋势放缓，这对瓷砖胶的浸水强度有一定的提高作用[17]。但C2 组瓷砖胶本身配方中含有约5%乳胶粉，拉伸粘结强度提升效果不如DTA-1 组与C1 组，说明乳胶粉用量在超过5%以后，对瓷砖胶拉伸粘结强度的提高有限。

瓷砖胶的干缩率也在随着乳胶粉替代量增加而增大。原因可能为，可再分散乳胶粉的加入提高了水泥基瓷砖胶粘剂的柔韧性，随其用量的增加，瓷砖胶刚性降低，柔韧性增加，瓷砖胶自身抵抗收缩变形的能力降低，从而导致瓷砖胶收缩值增大[17]。总体来说，增加适量的乳胶粉对瓷砖胶整体性能是有利的，但瓷砖胶的乳胶粉用量不宜超过5%，因为加入1%~5%的可再分散乳胶粉，引起的附加收缩很小；但当用量达10%~15%时，收缩大幅度增大[18]。虽说由于高乳胶粉用量引起的干缩率增大，未必会影响瓷砖胶的整体性能，可是收缩产生的剪力是不良因素。