不同胶粉及水泥用量的瓷砖胶耐久性影响因素研究

王娟，寇玉德，陈宁

（1.上海市建筑科学研究院，上海 201108；2.上海市建筑建材业市场管理总站，上海 200032）

0 前言

瓷砖胶主要应用于内外墙面、地面、浴室、厨房等建筑的饰面装饰场所，其可减少粘结材料用量，降低瓷砖粘结厚度和重量，减轻瓷砖重量，减少分层和剥落的问题。优异的瓷砖胶应和基材、瓷砖粘结牢固，柔韧性良好，能适应由于环境原因引发的热胀冷缩现象，适应各个季节的环境温度变化，有较好的稳定性，还应具备一定防水性和保水性，有效隔绝水的侵蚀。其性能指标主要集中体现在拉伸粘结强度指标，耐久性优劣简化以热老化、浸水及冻融后的拉伸粘结强度来衡量。

随着瓷砖胶越来越广泛地被工程所接受，不少学者开展了针对其添加剂和与瓷砖、防水浆料基材适应性的研究。熊佑明等[1]研究了可再分散聚合物胶粉和聚乙烯醇对瓷砖粘结剂的拉伸粘结强度和柔韧性影响。温和等[2]研究了水泥用量、砂子级配和胶粉用量对水泥基瓷砖胶粘剂拉伸粘结原强度、浸水强度和耐热强度的影响。李玉海[3]探讨了水泥量、标准砖类型在不同养护条件下对瓷砖胶拉拔强度的影响。武红霞等[4]研究了水泥基胶粘剂与3种不同吸水率的瓷砖的胶粘强度和湿拌砂浆的性能。董峰亮等[5]研究了在湿屋体系中不同聚合物含量的防水浆料与瓷砖粘贴材料的相容性。以上这些研究重点关注了胶粉、瓷砖对于拉伸粘结强度的影响、瓷砖胶与基材适应性等内容，未深度解析瓷砖胶的劣化机理以及耐久性影响因素。本文从不同胶粉掺量、水泥用量、基材含水率等角度解析了瓷砖胶的劣化机理以及耐久性影响因素，可为从材性角度分析建筑瓷砖脱落等劣化的原因以及生产企业瓷砖胶耐久性提升提供一定参考。

1 试验

1.1 原材料

水泥（C）：P·O42.5，上海万安，主要性能见表 1；砂（S）：30～90目河砂，颗粒级配见表2，细度模数为1.6；纤维素醚（e）：粘度为 40 Pa·s，浙江中维有限公司；乳胶粉（P）：醋酸乙烯和乙烯共聚可再分散乳胶粉（EVA，P1）、苯乙烯和丙烯酸酯共聚可再分散乳胶粉P2，最低成膜温度均为0℃，ELOTEX生产；其他添加剂包括淀粉醚、早强剂，用O表示。

表1 水泥的物理性能

表2 细砂颗粒级配

1.2 试验方法

参照JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》的要求进行拌和、成型测试试件。瓷砖胶养护条件包括28 d标养、7 d标养和21 d水养、7 d标养+21 d水养及冻融循环、14 d标养+14 d 70℃养护等4种情况。其中部分配比所用的混凝土板采用烘干及非烘干2种条件。基板购买自上海增司工贸有限公司，符合标准要求。

1.3 配合比

表3为试验瓷砖胶的配合比，水粉比均为0.22。其中1#～5#配方的耐热老化性能采用了烘干及未烘干2种混凝土板，其余性能全采用未烘干混凝土板。6#～9#配方全部采用烘干混凝土板。

表3 瓷砖胶的配合比

2 试验结果与讨论

2.1 EVA胶粉掺量对瓷砖胶耐久性的影响

2.1.1 EVA胶粉掺量对瓷砖胶28 d拉伸粘结强度的影响（见图1）

图1 EVA胶粉掺量对瓷砖胶28 d拉伸粘结强度影响

由图1可知，瓷砖胶（1#～5#）的28 d拉伸粘结强度随着胶粉掺量的增加呈不断提高的趋势，在未掺胶粉时28 d拉伸粘结强度为1.25 MPa，在胶粉掺量为0.5%时拉伸粘结强度反而有所降低为1.19 MPa，在胶粉掺量1.0%时拉伸粘结强度为1.37 MPa，较未掺胶粉时略有提高，之后随着胶粉掺量的增加拉伸粘结强度上升较为明显。掺加可再分散胶粉可使聚合物膜（乳胶膜）形成并构成孔壁的一部分，从而对砂浆的高孔隙构造起到了封闭的作用。乳胶膜具有自拉伸机制，可对其与砂浆锚接之处施加拉力。通过这些内部作用力，将砂浆保持为一个整体。EVA胶粉掺量在低于0.5%时对拉伸粘结强度的提高作用并不明显，胶粉掺量对成膜量影响明显，胶粉用量建议不低于1.0%。

2.1.2 EVA胶粉掺量及基材状态对瓷砖胶热老化粘结强度的影响

最新标准JC/T 547—2017要求混凝土板全部采用烘干后的混凝土板，在该标准修订前只需将混凝土板控制在一定的含水率之下。研究采用了2种混凝土板，一种标准养护1个月后的混凝土板直接成型，另一种混凝土板在105℃烘干5 h养护24 h直接成型。图2为EVA可再分散乳胶粉掺量对瓷砖胶热老化拉伸粘结强度影响。

图2 EVA胶粉掺量及基材状态对瓷砖胶热老化拉伸粘结强度的影响

由图2可知，未掺EVA胶粉的1#试样采用烘干及未烘干混凝土板瓷砖胶的热老化拉伸粘结强度都小于0.5 MPa；在胶粉掺量0.5%时采用烘干板材的瓷砖胶拉伸粘结强度为0.72 MPa，采用未烘干板材则为0.26 MPa；在胶粉掺量1.0%时采用烘干板材的瓷砖胶热老化拉伸粘结强度为1.23 MPa，采用未烘干板材则为0.24 MPa；在胶粉掺量为2.0%时采用烘干板材的瓷砖胶热老化拉伸粘结强度为1.78 MPa，采用未烘干板材则为0.69 MPa。

综上可知，用烘干后的混凝土板的瓷砖胶耐热老化拉伸粘结强度普遍高于采用未烘干板材，采用烘干板材的瓷砖胶拉伸粘结强度随胶粉掺量的增加明显提高，胶粉掺量1.0%时即可大于1.0 MPa。采用未烘干板材的瓷砖胶拉伸粘结强度在胶粉低掺量时提高并不明显，当胶粉掺量2%时拉伸粘结强度才大于0.5 MPa。原因在于瓷砖胶置于70℃烘箱中热老化14 d，在高温下瓷砖胶发生疲劳应变，胶粉形成的聚合物膜变形能力强，是抵抗瓷砖胶应变的主要因素。混凝土板中的水分在高温条件下不断蒸发，混凝土板中水分越少则水分在蒸发时产生的压力越小，对瓷砖胶的界面拉伸粘结强度越有利。当混凝土板未烘干时胶粉掺量需提高至2.0%以上才有利于抵抗水分蒸发的压力带来的拉伸粘结强度损失。

2.1.3 EVA胶粉掺量对瓷砖胶浸水及冻融拉伸粘结强度的影响

图3为EVA胶粉掺量对瓷砖胶浸水及冻融拉伸粘结强度的影响，浸水条件是标养7 d后泡水21 d，耐冻融条件是标养7 d、泡水21 d及冻融循环，因此烘干与未烘干混凝土板对于浸水、耐冻融条件来说影响并不大，故未比较2种混凝土基板的区别。

图3 EVA胶粉掺量对瓷砖胶浸水及冻融拉伸粘结强度的影响

由图3可知，未掺EVA胶粉的1#试样浸水及冻融拉伸粘结强度分别为0.35、0.38 MPa。随着胶粉掺量的增加，浸水及冻融强度提高并不明显，胶粉掺量为2.0%时浸水及冻融强度才大于0.5 MPa。结果表明，在水泥含量35%时低EVA胶粉掺量的瓷砖胶的浸水及冻融较差。水泥掺量35%时瓷砖胶密实度不佳，水分通过毛细孔和空隙不断渗透到瓷砖胶和混凝土板以及瓷砖胶和瓷砖界面处，在界面处形成水汽层进而降低瓷砖胶的拉伸粘结强度，当胶粉掺量少时胶粉乳化成膜量低，亲水基团在水分作用下不断分散溶胀，只有当掺量较高时才可发挥粘结作用。冻融循环要求瓷砖胶既要耐水又要耐冻，在此过程中，水分不断结冰融化产生膨胀收缩应力，在应力疲劳作用下瓷砖胶界面和内部即会产生微裂缝。裂缝部位为防水薄弱环节，随着水分的侵蚀和应力变形的不断积累，裂缝不断扩展。当胶粉含量较高时才可在瓷砖胶中形成连续膜，进而抵挡裂缝的扩展，继续发挥粘结作用。

2.2 水泥掺量对瓷砖胶耐久性的影响

图4为不同水泥掺量对瓷砖胶耐久性的影响，分别为5#～9#配方，其中水泥掺量从35%提高到43%。

图4 水泥掺量对瓷砖胶耐久性的影响

由图4可知，瓷砖胶热老化拉伸粘结强度与28 d拉伸粘结强度相近，甚至随着胶粉掺量的增加而高于28 d初始值。随着水泥掺量的增加，28 d拉伸粘结强度呈不断提高的趋势，浸水拉伸粘结强度在水泥掺量为40%时达到最高值1.89 MPa，之后反而下降至1.6 MPa。耐冻融拉伸粘结强度也有随着水泥掺量增加先提高后降低的趋势，在40%水泥掺量和1%胶粉掺量时达到最大值，之后随着水泥掺量的提高反而有所下降。

图5为4组试样耐冻融后拉伸粘结强度测试的界面。

图5 4组试样耐冻融拉伸粘结强度测试后的界面

图5 （a）显示，35%水泥掺量和2%EVA胶粉掺量的瓷砖胶在冻融拉伸粘结强度时测试时破坏界面位于瓷砖胶内部，瓷砖胶并不密实且存在一些孔隙。图5（b）显示，破坏界面位于瓷砖胶表层，38%水泥掺量和2%EVA胶粉掺量的瓷砖胶较为密实，耐冻融拉伸粘结强度大于1.0 MPa。图5（c）显示，破坏界面位于瓷砖胶表层很小部分界面，观察到该采用40%水泥掺量和3%苯丙胶粉掺量的瓷砖胶表面致密。其耐冻融拉伸粘结强度大于1.0 MPa，较7#配方同水泥掺量和2%EVA胶粉的耐冻融拉伸粘结强度已经有所降低。图5（d）显示，破坏界面有的位于瓷砖胶表层很小部分界面，有的表面致密平整并无拉伸破坏，实际耐冻融拉伸粘结强度较40%水泥掺量时降低至0.68 MPa。综上说明，水泥掺量过高后使得瓷砖胶过于致密导致与瓷砖的机械锚合力降低，在冻融条件下界面处于反复膨胀收缩应力作用下，拉伸粘结强度反而不断下降。

3 结论

（1）瓷砖胶的28 d拉伸粘结强度主要与水泥及胶粉掺量有关。胶粉掺量在低于1%时成膜量低，对拉伸粘结强度提高有限。

（2）瓷砖胶浸水拉伸粘结强度主要与水泥掺量有关，当水泥掺量低时耐水性下降。但水泥掺量也不宜过高，瓷砖胶表面致密反而不利于与瓷砖的机械锚合力。胶粉乳化成膜后遇水易溶胀，需提高胶粉掺量保证同样的粘结效果。一定添加剂作用保证下水泥掺量不宜低于35%且不宜高于40%，胶粉掺量宜高于2%，并应根据不同的拉伸粘结强度要求适当提高。

（3）瓷砖胶耐冻融拉伸粘结强度既要求其耐水又要有一定耐应力变形能力，水泥掺量同样不宜过高，因为致密的表面在冻融循环的膨胀收缩应力作用下与瓷砖的锚合力会进一步下降，同时胶粉掺量也不宜过低。一定外加剂作用保证下水泥掺量不宜低于35%且不宜高于40%，胶粉含量宜高于2%，并应根据不同的拉伸粘结强度要求适当提高。

（4）瓷砖胶耐热老化拉伸粘结强度要求其耐高温变形能力强，同时高温时若基材含水率高，水分通过毛细孔和空隙不断渗透到瓷砖胶和混凝土板以及瓷砖胶和瓷砖界面处，在界面薄弱处形成水汽层进而降低瓷砖胶的拉伸粘结强度。因此影响其耐高温的主要因素是胶粉含量与基材含水率。

[1] 熊佑明，杨振业，于全伟.可再分散聚合物胶粉与聚乙烯醇对瓷砖粘结剂性能的影响比较[J].辽宁建材，2008（8）：42-44.

[2] 温和，李龙梓，吴开胜.水泥基瓷砖胶粘剂性能的影响因素研究[J].新型建筑材料，2016，43（1）：37-39.

[3] 李玉海.水泥量及标准砖状态对瓷砖胶拉拔强度的影响[J].新型建筑材料，2009，36（3）：21-22.

[4] 武红霞，任红晓，徐建民.水泥基胶粘剂在不同吸水率瓷砖上的应用研究[J].新型建筑材料，2014，41（4）：83-85.

[5] 董峰亮，万德刚，张泳东.湿屋体系瓷砖空鼓脱落原因及对策[C]//中国建筑材料联合会预拌砂浆分会.第五届（中国）国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集.北京：2012.