水泥基陶瓷磚膠粘劑在水養護過程中拉拔強度變化趨勢淺析

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)新型環保建材有限公司，上海 200000)

陶瓷飾面磚因其優異的理化性能和豐富的裝飾效果，在室內裝飾裝修、建筑物外墻裝飾方面，一直得到人們的青睞。在國內外各類建筑裝飾當中得到廣泛使用，是當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、衛生間）最適合的飾面材料。陶瓷飾面磚以其優良的抗污、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?；u、仿古磚、仿石磚，到目前的薄板、微晶石、全拋釉，瓷磚家族技術不斷更新、品質不斷提高、花色不斷創新。隨著陶瓷磚應用場合的擴大和陶瓷磚制造技術的發展，瓷磚的品質有了極大的改進。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?？紫抖嗟幕暮吞沾纱u都已經不常見了，因此，傳統的水泥砂漿粘貼瓷磚的技術工藝已經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，歐美發達國家在50年代發明并推廣使用了瓷磚膠粘劑產品和配套的薄貼法工藝，并隨著實踐經驗的積累，建立了完善的材料技術要求，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，并且最大程度滿足特定的要求。很多測試發現水泥基瓷磚粘結材料在浸水養護后拉拔強度有較大的粘結力損失，關于陶瓷磚膠粘劑的行業標準JC/T 547—2017中測試粘結材料在浸水21d后的拉拔強度值，但從實際應用的角度來講，工地現場的瓷磚粘結劑在施用后并沒有實驗室那樣的養護條件，特別是在南方地區，經常是在瓷磚粘貼幾天就會遇到下雨，此時粘結劑的強度狀態如何不得而知。該文通過測試探討浸水多久是瓷磚粘結材料拉拔強度的最低點，在浸水過程中陶瓷磚膠粘劑強度變化情況如何，聚合物、早強劑的添加對于瓷磚膠粘劑浸水養護后的拉拔強度是有貢獻的。以下詳細介紹了原材料與試驗結果。

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物，可用于水泥的快速凝固劑、潤滑劑、早強劑，加快水泥的硬化速度，縮短凝結時間。Ca（HCOO）可促進CS的水化，摻有Ca（HCOO）的普硅水泥漿體硬化后可產生更多的鈣礬石（AFt），從而增加早期強度，測試配方見表2。

表2 測試配方

2 試驗結果

按照現行行業標準JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》中相應的要求進行膠粘劑的拌和并成型測試試件，在標準中要求的養護環境條件下進行并護，參照標準中要求的28d標準養護條件及浸水養護過條件，同時加入7d標準條件+不同浸水時間養護，測試不同養護時間下，水泥基陶瓷磚膠粘劑拉拔強度變化的趨勢。

2.1 不含聚合物的水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養護拉拔強度變化趨勢

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在水泥基材料中，一起來提高水泥基材料內聚力、粘結強度，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，水泥水化產物為拉拔強度提供主要貢獻。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標準實驗室條件養護，水泥已有一定的水化率，從本實驗數所來看，經過7d的標準實驗室條件養護，瓷磚膠的拉拔強度已高于1Mpa。遠高于行業標準JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》中所要求的0.5Mpa，也高于28d齡期的拉拔強度。在本實驗中，我們認為此時，水泥基陶瓷磚膠粘劑的強度已基本得以發揮。7d標準實驗室條件養護后對試件進行浸水養護，測試不同浸水養護齡期下的拉拔強度變化。從數據可以發現，浸水養護開始后，陶瓷磚膠粘劑的強度有一個明顯的下滑，并隨著浸水養護的時間有一個先下滑后回升的趨勢，浸水養護7d時間時，拉拔強度最低；繼續浸水養護，強度數值緩慢回升、穩定。

對比7d標準實驗室條件養護和7d標準實驗室條件+21d浸水養護后的拉拔強度數據，浸水養護對水泥基瓷磚膠拉拔強度有巨大沖擊，在行標規定的齡期中，浸水后的拉拔強度只能恢復到浸水前的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護過程中強度變化趨勢

2.2 添加了甲酸鈣的水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養護拉拔強度變化趨勢

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

圖2 甲酸鈣對瓷磚粘結劑不同水養齡期強度影響

測試數據顯示，添加0.7%甲酸鈣的陶瓷磚膠粘劑，各養護條件和各齡期時的拉拔強度均不低于不含甲酸鈣的樣品。在7d標準實驗室條件養護和28d標準實驗室條件養護后的拉拔強度均要高出20%左右。

從數據可以發現，浸水養護開始后，陶瓷磚膠粘劑的拉拔強度有一個明顯的下滑，并隨著浸水養護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%甲酸鈣的瓷磚膠強度回升速度快于不含甲酸鈣的產品，浸水3d后，拉拔強度就穩定。

甲酸鈣的添加，提高了浸水前的原強度，浸水養護過程拉拔強度損失了原強度的40%左右，強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護拉拔強度變化趨勢(如圖3所示)

圖3 膠粉含量對瓷磚粘結劑水養強度的影響

可再分散乳膠粉，簡稱乳膠粉，作為第二種膠凝材料可以協同水泥提高水泥基陶瓷磚膠粘劑的內聚力和粘結力。從測試數據可以發現，添加了乳膠粉的水泥基陶瓷磚膠粘劑7d標準實驗室條件養護和28d標準實驗室條件養護后的拉拔強度均高于不含乳膠粉，而且隨著乳膠粉添加量增加，拉拔強度明顯增加。測試中發現，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標準實驗室條件養護后的拉拔強度均低于7d標準實驗室條件養護后的拉拔強度，而含有2%以上乳膠粉的樣品，則拉拔強度處于持平狀態，沒有下滑。

與前面的測試結果相同，經過7d標準實驗室條件再進行浸水養護，各樣品的拉拔強度均在下滑，趨勢相同，浸水養護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度都是一個沖擊。測試數據顯示，相對沒有乳膠粉的樣品，乳膠粉的添加會提高浸水養護后強度的絕對值，但浸水養護后強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度的貢獻不高。這主要是因為再分散乳膠粉膜吸水后會溶脹，膜的強度會下降，對于水泥基材料的內聚力和粘結力的貢獻會失去大部分，表現為水泥基材料浸水后強度下降。

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劑強度的影響

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度及浸水后強度的影響，測度數據顯示，1%～2%的乳膠粉的添加對于提高標準實驗室條件下的拉拔強度具有明顯作用。2%的乳膠粉能緩解28d強度相對于7d強度的倒縮。水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水養護后強度損失率方面，0.7%甲酸鈣明顯優于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度能在較短時間恢復平穩，并保持較高的絕對值。

3 結語

近年來水泥基陶瓷磚膠粘劑得到了越來越廣泛的應用，而應用了陶瓷磚膠粘劑的工程出現空鼓掉磚的比例依然很高，特別是陶瓷磚粘貼工程在經過幾個泡水循環后，空鼓率明顯提高。在標準狀態下，水泥水化之后得到具有較高強度的錨固物，聚合物形成的化學和物理膠結力，兩方面結合使得瓷磚粘結劑在空氣中具有較高的拉伸粘結強度。而泡水養護時，聚合物受到水的入侵，提供粘結作用的聚合物膜的形態發生了變化，發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力，但是一旦浸水，聚合物膜強度下降，其與瓷磚表面形成的化學和物理粘結力下降，從而使得在水中養護的粘結強度下降。但是水養護作用下水泥水化更為充分。對水泥漿和砂漿的研究可知，在水養護作用下，對比空氣養護狀態，相同齡期條件下，其強度有較大的增長。水泥基層強度的增長，其結果是導致瓷磚內聚強度的增加，從而提高了瓷磚表面機械錨固力的增加。聚合物強度的下降和水泥基強度的增長兩方面的作用，使得水中養護的瓷磚膠粘劑的強度低于空氣中養護條件下的強度。本實驗通過測試不同浸水時間后陶瓷磚膠粘劑拉拔強度的變化，評估對于水泥基陶瓷磚膠粘劑浸水后能滿足標準要求粘結強度的有效途徑。

實驗發現，水泥基陶瓷磚膠粘劑7d實驗室養護條件下可得到強度最高值，28d實驗室養護條件養護下強度會有一定的下滑，這可能是水泥水化后出現的化學收縮引起的。只有含有一定的乳膠粉（如2%以上的乳膠粉），沒有這種28d齡期的強度倒縮現象，這與乳膠粉存在，提高了水泥基材料的內聚力、降低了彈性模量是相關的。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準條件下的拉拔強度有明顯作用，但對于浸水后的強度保持方面，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，環境條件干燥，所成膜的狀態和物理力學性能會處理較佳狀態，對水泥基材料的內聚力和粘結力都會提高；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，膜的強度會相應下降，對于水泥基材料的內聚力和粘結力的貢獻會失去大部分作用，表現為水泥基材料浸水后強度下降。

甲酸鈣作為水泥的早強劑，可以縮短水泥基陶瓷磚膠粘劑的初始和最終凝結時間，促進了膠粘劑中早期水泥砂漿的水化，增加抗壓強度，絡合更多的游離水，使得各齡期的的水泥水化凝膠/空隙率增加。提高了砂漿的強度和體系的密實度，從而增加了其與粘結層的機械錨固力，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度恢復平穩的時間短，強度損失率低。

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內是拉拔粘結強度最低的時間點，隨著泡水時間的推移，拉拔粘結強度會逐漸恢復并穩定。添加劑能改善這個狀態，相對乳膠粉，甲酸鈣有更明顯的作用。