水泥基瓷砖粘结剂耐热老化性能影响因素研究

徐海源，沙建芳，刘建忠，郭飞（1.高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏南京　210008；2.江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京　211103）



水泥基瓷砖粘结剂耐热老化性能影响因素研究

徐海源1，2，沙建芳1，2，刘建忠1，2，郭飞1，2
（1.高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏南京210008；2.江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京211103）

摘要：从胶凝材料、聚合物、骨料等方面分析对比了各因素对水泥基瓷砖粘结剂拉伸粘结原强度、热老化后拉伸粘结强度的影响规律。结果表明，掺入适量的滑石粉（600目）、适宜黏度的纤维素醚、提高骨料中0.3mm以下颗粒含量等方法均有利于改善瓷砖粘结剂耐热老化性能；丙烯酸类可再分散胶粉对瓷砖粘结剂耐热老化后拉伸粘结强度的提升效果优于醋酸乙烯酯/乙烯共聚物胶粉。

关键词：瓷砖粘结剂；耐热老化性能；拉伸粘结强度

0 前言

瓷砖是现代建筑业广泛应用的饰面材料之一，具有经久耐用、装饰效果好、易于清洗等优点［1］。随着瓷砖向低吸水率和铺贴薄型化方向发展，瓷砖粘结剂的使用成为必然选择，并可使施工效率、质量及安全性能大幅提高［2-4］。然而，由于我国外墙瓷砖应用量较大，气温变化使得暴露在各种高温环境下的瓷砖剥落事故还是逐年上升，应用中对瓷砖粘结剂也提出了更高的耐热老化性能要求。以往研究热点主要集中在标准养护条件下的拉伸粘结性能，而对各种实际应用环境下的粘结强度关注较少，特别是在高温环境下的耐热老化后粘结强度研究更是鲜有报道［5-6］。

鉴于此，本文从胶凝材料、聚合物、骨料性能等方面分析对比各因素对瓷砖粘结剂拉伸粘结原强度、热老化后粘结强度的影响规律，以期为配制耐热老化性能优良的瓷砖粘结剂提供参考。

1 试验

1.1 试验材料

水泥：鹤林P·O42.5水泥，28 d抗压强度49.8 MPa，密度3.1 g/cm3，鹤林P·O52.5水泥，28 d抗压强度55.9 MPa，密度3.05 g/cm3，其性能均符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求；粉煤灰：Ⅰ级，南京热电厂，密度2.4 g/cm3；矿粉：江南S95磨细矿粉，密度2.7 g/cm3；滑石粉A：细度600目；滑石粉B：细度1000目；可再分散乳胶粉：胶粉A、B为丙烯酸胶粉，胶粉C、D为醋酸乙烯酯/乙烯共聚物，均产自山西三维集团有限公司；纤维素醚A：40 Pa·s，纤维素醚B：75 Pa·s，纤维素醚C：100 Pa·s，纤维素醚D：150 Pa·s，纤维素醚E：200 Pa·s，均为羟丙基甲基纤维素醚，产自赫克力士化工有限公司；河砂与石英砂：市购，筛分结果如表1所示。

标准混凝土板与标准试验砖：性能符合JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》标准要求，均产自上海增司工贸有限公司。

表1 骨料累计筛余百分数　%

1.2 试验方案及方法

瓷砖粘结剂基准配合比如表2所示。分别采用不同强度等级水泥、不同细度滑石粉、不同掺量粉煤灰与矿粉替代水泥，探讨胶凝材料对拉伸粘结原强度、耐热老化后粘结强度的影响规律；从胶粉、纤维素醚品种及掺量等方面分析其对瓷砖粘结剂拉伸强度的影响因素；采用河砂及石英砂筛分得到＜0.3 mm颗粒及0.3～0.6 mm颗粒的2种级配后，按不同比例进行混合，研究不同级配组成对拉伸粘结原强度、耐热老化后粘结强度的影响规律。

表2 瓷砖粘结剂的基准配合比

按照JC/T 547—2005成型相应的试样，将标准试验砖粘结面与瓷砖粘结剂粘结成型后，分别进行标养和热养护，测试瓷砖粘结剂的拉伸粘结原强度、耐热老化后拉伸粘结强度。

2 试验结果与分析

2.1 水泥及掺合料对瓷砖粘结剂粘结强度的影响

按表2配合比，保持水泥与骨料总量不变，改变水泥品种与用量，分析其对瓷砖粘结剂标养与热养护后粘结强度的影响规律；按表2配合比，分别采用滑石粉、掺合料等量替代水泥，研究其对瓷砖粘结剂标养与热养护后粘结强度的影响规律，结果如图1所示。

从图1（a）可以看出，对不同强度等级的水泥，瓷砖粘结剂在标养和热养护后的拉伸粘结强度均随水泥用量的增加而逐渐增强，但当水泥用量超过380 kg时，增长速度放缓，特别是热养护条件下的粘结强度还略有降低；图1（b）中，600目与1000目细度的滑石粉对2种养护条件下瓷砖粘结剂拉伸强度影响规律不同，当滑石粉A（600目）掺量超过20 kg时，可提升粘结强度10%～20%，而滑石粉B（1000目）则随着掺量的增多，降低了各养护条件下的拉伸粘结强度；在图1（c）、（d）中，粉煤灰掺量超过30 kg时，砂浆的拉伸粘结原强度、耐热老化后粘结强度有一定降低，但矿粉在各掺量下均无负面影响。

图1 水泥及掺合料对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响

可见，水泥及600目滑石粉在用量适当时均有利于改善瓷砖粘结剂拉伸粘结原强度及耐热老化后粘结强度，但水泥掺量过多或采用太细的滑石粉进行填充反而对拉伸粘结强度不利。这可能是当水泥量或胶凝材料细度达到一定水平时，随用量增加，聚灰比相应降低，因而材料的柔韧性变差，对于拉伸粘结力改善作用较弱，最终表现为拉拔力下降。

2.2 胶粉对瓷砖粘结剂粘结强度的影响

按表2配合比，改变胶粉品种，分析其对瓷砖粘结剂粘结强度的影响，结果见图2；按表2配合比，其它组分用量不变，分别采用胶粉A和胶粉C，调整胶粉用量，研究其对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响，结果见图3。

图2 胶粉品种对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响

图3 胶粉用量对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响

由图2可知，相同掺量（10 kg）时，4种不同单体聚合得到的胶粉对拉伸粘结原强度影响相差不大，但其对热老化后拉伸粘结强度作用效果不同，丙烯酸可再分散胶粉A、胶粉B的耐热老化后拉伸粘结强度明显高于由醋酸乙烯酯/乙烯共聚物组成的胶粉C、胶粉D。

由图3可知，当胶粉种类相同时，瓷砖胶的拉伸粘结强度随掺量的增多而逐渐提高，且对拉伸粘结原强度的提升作用尤为明显。

一般来说，掺入胶粉后，其填充于水泥砂浆内部空隙中，随着聚合物的增多，成膜的规模和数量增加，桥接微裂纹或者应力作用的形变得以消耗，其内部应力分配更为合理；同时，乳胶粉在砂浆中成膜对水泥水化产物起到一定程度的保护作用，延迟或限制了水化产物的分解，拉伸粘结强度得到保留，随着乳胶粉掺量的增加，这种改善更为明显。在受热条件下，玻化砖和瓷砖胶线膨胀系数差异会导致相对位移，从而增加了界面裂缝的可能性，而采用丙烯酸可再分散胶粉，则赋予了瓷砖胶更高的柔韧性，增强了粘结剂承受变形的能力，从而改善了瓷砖粘结剂的耐热老化后拉伸粘结强度。

2.3 纤维素醚对瓷砖粘结剂粘结强度的影响

按表2配合比，其它组分不变，对比掺入不同黏度纤维素醚对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响，结果见图4；调整纤维素醚用量，分析不同纤维素醚用量对瓷砖粘结剂耐热老化后拉伸粘结强度的影响，结果见图5。

图4 不同黏度纤维素醚对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响

图5 纤维素醚用量对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响

由图4、图5可以看出，随着纤维素醚掺量的增多，砂浆的耐热老化后粘结强度逐渐提高，但随黏度增大，增长幅度减小。即对低黏度纤维素醚，拉伸粘结强度随着掺量的增加线性提高；而对高黏度纤维素醚，砂浆粘结强度在较低掺量时快速提高，而后随掺量的变化敏感性减弱。当掺量相同时，瓷砖胶拉伸粘结原强度随黏度的增大有一定提高，当黏度超过100 Pa·s时，对热老化拉伸粘结强度的提高幅度要高于拉伸粘结原强度。

纤维素醚除能改善瓷砖粘结剂的施工性能之外，对粘结剂的拉伸胶粘强度也有很好的改善作用。其优异的保水性使水分在其内部长时间存在，水泥的水化硬化更充分；同时，纤维素醚还具有一定的引气作用，随着用量增加，引入更多气泡，使刚性降低，高温养护条件下应力的变化对粘结强度损害程度下降，从而使得粘结剂的耐热老化粘结性能提高。

2.4 骨料对瓷砖粘结剂粘结强度的影响

将河砂与石英砂筛分得到0.3 mm以下及0.3～0.6 mm 2种颗粒。按表2配合比，保持骨料用量不变，分别采用河砂与石英砂为骨料，并调整0.3 mm以下颗粒含量比例，研究其对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响，结果见图6。

图6 骨料对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度的影响

从图6可以看出，骨料中0.3 mm以下颗粒含量对瓷砖粘结剂在标养和热养护后的拉伸粘结强度增强作用明显，骨料中0.3 mm以下颗粒含量越多，其对拉伸粘结强度的提升作用越好，特别是其含量从20%增至60%时，对耐老化后拉伸粘结强度提升更为显著，能增加50%左右。骨料较细时，空隙率低，骨料表面包裹的水泥浆更多，从而拉伸粘结强度也更高。对相同级配的骨料，石英砂对热老化后拉伸粘结强度的提升作用要高于河砂。因此，适当增加骨料中0.3 mm以下颗粒含量，可作为提高拉伸粘结强度的有效方式，对提升瓷砖粘结剂性价比效果明显。

3 结论

（1）掺入适量的水泥及滑石粉（600目）均有利于改善瓷砖粘结剂拉伸粘结原强度、耐热老化后粘结强度，但水泥掺量过多时反而对拉伸粘结强度不利。

（2）瓷砖粘结剂在标养和热养护后的拉伸粘结强度随胶粉掺量的增加而增大，丙烯酸可再分散胶粉对耐热老化性能的提升作用优于醋酸乙烯酯/乙烯共聚物类胶粉。

（3）纤维素醚对瓷砖粘结剂拉伸粘结强度有较好的改善作用，当黏度超过100 Pa·s时，对热老化拉伸粘结强度的提高作用更为明显。

（4）提高骨料中0.3 mm以下颗粒含量，是改善瓷砖粘结剂耐热老化拉伸粘结强度的有效方式。

参考文献：

［1］Eric Cziesielski，Frank Ulrich Vogdt.外墙外保温系统中的质量问题及对策［M］.汪峻峰，译.北京：机械工业出版社，2006.

［2］王培铭，许绮，Stark J.掺矿渣粉和减水剂的HEMC水泥砂浆物理性能［J］.建筑材料学报，2001（2）：22-26.

［3］扶名福，谢帮华，胡明玉，等.湿排粉煤灰在墙体材料中的应用研究［C］//太原理工大学.第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）.太原，2007：17-20.

［4］Wang R，Wang P M.Function of styrene-acrylic ester copolymer latex in cement mortar［J］.Mate. Struc.，2010，43（4）：443-451.

［5］Gao J M，Qiana C X，Wanga B，et al.Experimental study on properties of polymer-modified cement mortars with silica fume ［J］.Cement and Concrete Composites，2002，32（1）：41-45.

［6］辛全仓，何廷树，宋学峰，等.瓷砖粘结干粉砂浆的开发研究［J］.新型建筑材料，2005（7）：51-53.

Studies of the heat-aging resistance performance for cement-based tile adhesive

XU Haiyuan1，2，SHA Jianfang1，2，LIU Jianzhong1，2，GUO Fei1，2
（1.State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering，Nanjing 210008，China；2.Jiangsu Subute New Materials Co. Ltd.，Nanjing 211103，China）

Abstract：In this paper，influencing rules of standard condition and heat-resistance tensile bond strength for cement-based tile adhesive was studied in terms of cementing material，polymer，and aggregate properties. The results show that adding suitable talcum powder（600 mesh）and cellulose ether with viscosity，increasing the content of particles in aggregate under 0.3 mm are very important means to improve the heat-resistance tensile bond strength for cement-based tile adhesive. The anti-aging property of tile adhesive with acrylate redispersible polymer powder was better than ethylene-vinyl acetate copolymer powder.

Key words：tile adhesive，heat-aging resistance performance，tensile bond strength

中图分类号：TU58+1.3

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）03-0029-04

基金项目：国家自然科学基金项目（51208236）

收稿日期：2015-09-28；

修订日期：2015-11-13

作者简介：徐海源，男，1986年生，安徽安庆人，硕士，工程师，从事新型水泥基材料的开发。