水泥基粘结材料各性能指标相关性分析

蓝天锐 李学文

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

以水泥为基础的建材是目前使用量最大、应用范围最广的建筑材料，水泥基粘结材料作为其中一个重要部分，被广泛运用于内外墙瓷砖粘贴、填缝等领域。使用质量不合格的水泥基粘结材料，可能造成瓷砖空鼓脱落，不仅影响装饰面的美观，导致其功能失效，还可能会危及群众的人身安全。

检测是控制水泥基粘结材料质量的重要手段，本文通过对水泥基粘结材料各性能指标的相关性分析，研究各指标之间的对应关系，探索进一步完善水泥基粘结材料检测技术的路径。

1 性能检测

1.1 检测参数

针对目前市面上常见的6 个品牌的不同型号水泥基粘结材料进行检测，检测参数分别为拉伸粘结强度、浸水后拉伸粘结强度、抗压强度及吸水量（30min 吸水量、240min吸水量），检测结果见表1。

表1 水泥基粘结材料检测结果

1.2 执行标准

拉伸粘结强度、浸水后拉伸粘结强度的检测依据为《JC/T 547-2017 陶瓷砖胶黏剂》，抗压强度、吸水量的检测依据为《JC／T 1004-2017 陶瓷砖填缝剂》。

2 相关性分析

为了减少影响结果的变量，统一采用相同材质的混凝土板基材及瓷砖，且材料均符合《JC/T 547-2017 陶瓷砖胶黏剂》规定。

本文以不同的两个水泥基粘结材料的检测结果作为变量进行相关性分析，从而得出两个变量之间的相关性的密切程度。相关系数的绝对值在0.3 以下是无直线相关,0.3 以上是直线相关,0.3～0.5 是低度相关,0.5～0.8 是显著相关（中等程度相关）,0.8 以上是高度相关。

2.1 拉伸粘结强度与吸水量相关性

拉伸粘结强度为水泥基胶粘材料的最主要的性能指标，将拉伸粘结强度、浸水后拉伸粘结强度及吸水量检测结果绘制成为组合折线图，并计算相关性系数，见图1。

图1 浸水后拉伸粘结强度与吸水量检测结果

由图1 可直观地观察到，30min 吸水量和240min 吸水量图形变化趋势基本趋于统一，拉伸粘结强度与浸水后拉伸粘结强度变化趋势基本统一，而拉伸粘结强度及浸水后拉伸粘结强度与吸水量变化趋势在部分区域出现较大差异。

相关性系数见表2：

表2 拉伸粘结强度与吸水量相关性

2.2 拉伸粘结强度与抗压强度相关性

拉伸粘结强度与抗压强度都属于水泥基粘接材料的主要力学指标，故将拉伸粘结强度及抗压强度检测结果绘制为组合折线图，见图2。

由图2 可直观地观察到，小部分区域拉伸粘结强度变化趋势与抗压强度的变化趋势有差异，大部分区域的变化趋势趋于一致，通过计算相关性系数得到ρ=0.46，属于低相关度。

图2 拉伸粘结强度与抗压强度检测结果

2.3 抗压强度与吸水量相关性

抗压强度与吸水量同样与成型后试样的密实程度有重要联系，故将其绘制成为组合折线图，并计算相关性系数，见图3。

图3 抗压强度与吸水量检测结果

由图3 可直观地观察到，小部分区域抗压强度与吸水率的变化趋势相同，大部分区域的变化趋势趋于相反，相关性系数计算结果见表3：

表3 抗压强度与吸水量相关性

3 结果与讨论

通过以上检测结果比对，我们可以得出属于“低相关度”以上相关性的项目，见表4。

表4 拉伸粘结强度与吸水量相关性

3.1 抗压强度与吸水量负相关原因分析

抗压强度及吸水量与成型试件内部孔结构有重要关系，在水泥基材料水化过程当中，试件中的自由水逐渐减少，进而转变成为水化产物C-S-H，而原本应该是水的空间没有被水化产物填充，从而形成了毛细孔，水泥基材料吸水特性的模型基础为多孔介质的毛细吸收理论。

根据刘伟等[1]对混凝土毛细吸水性的影响研究，影响水泥基材料的吸水量的主要因素是水灰比和掺和料。随着水灰比下降，水化产物能够更好地填补水分原本的空间，造成试件内部孔隙率减少，从而使吸水性下降；适当加入粉煤灰、硅灰等掺和料后试件的吸水性减小，这是因为掺和料可以替代部分水泥，降低了试件内部的孔隙率。

综上所述，抗压强度及吸水量与试件密实度（即内部孔结构）有关，密实度越好，抗压强度越高，吸水量越低，结论与相关性系数计算结果相符，抗压强度与30min吸水量、240min吸水量都呈显著负相关。

3.2拉伸粘结强度与浸水后拉伸粘结强度显著相关原因分析

水泥基胶粘材料的组分主要有：水泥、掺和料、可再分散胶粉、纤维素醚等。

根据王恒煜等[2]对于瓷砖胶各组分对拉伸粘结强度的影响研究，水泥显著影响拉伸粘结强度，呈正相关关系，主要因素为强度及用量，即水泥用量增大，拉伸粘结强度增大，水泥强度增大，拉伸粘结强度增大。

对于水泥、掺和料等无机组分，通过扫描电镜对比标准养护和浸水处理时的界面[6]，虽然浸水处理后水化更加完全，但是整体结构松散，造成整体强度低于标准养护。

对于高分子聚合物，浸水处理时水分会浸入分子基体当中，使得基体由于分子键间的距离过大发生溶胀，伴随着水分的扩散，水分子在基体内部产生的渗透压会导致聚合物内部由于机械应力而出现裂纹[5]，造成整体强度低于标准养护。

综上所述，水泥基胶粘材料在经过浸水处理之后，表现出使拉伸粘结强度降低的现象，但由于水泥品种、水泥强度、掺和料、高分子添加剂等材料的用量不同，影响程度具有一定的差异，表现相关度为显著相关。

3.3 拉伸粘结强度与抗压强度低相关度原因分析

拉伸粘结强度除了与水泥强度及用量有直接相关，材料中添加的可再分散胶粉、纤维素醚等材料同样对拉伸粘结强度起着至关重要的作用。

水泥砂浆的抗压强度同样受到水泥用量和强度的直接影响，这就直接决定了拉伸粘结强度与抗压强度具有相关联性。添加可再分散胶粉虽然可以有效提高水泥基胶粘剂的柔韧性和拉伸强度，但是根据赵建成等[3]的研究，可再分散胶粉用量增加会导致水泥基材料出现抗压强度减小的情况。此外，在郅真真等[4]对于纤维素醚改性水泥砂浆力学性能的研究当中，同样发现了纤维素醚的加入会导致试件28d抗压强度下降的情况出现。

综上所述，虽然水泥的强度和用量与拉伸粘结强度和抗压强度的都呈正相关，但是由于水泥基粘结材料的主要组分中还添加了可再分散胶粉和纤维素醚这两种会使抗压强度下降的组分，即使使用相同强度和用量的水泥，如果添加了不同品种或用量的高分子添加剂，也会造成抗压强度不同的现象，结论与相关性系数计算结果相符，表现为水泥基胶粘材料的拉伸粘结强度与抗压强度虽然呈正相关，但是仅是低相关度。

4 结论

⑴受到水灰比和掺和料对内部孔结构的影响，内部结构越致密，表现为抗压强度越高，吸水量越低，表现为显著负相关，抗压强度与吸水量相关性系数为：-0.78（30min）及-0.69（240min）；

⑵不同组分均对浸水处理后的拉伸粘结强度有不同程度的影响，造成拉伸粘结强度下降。但由于不同厂商的配方，如水泥、掺和料、可再分散胶粉、纤维素醚等添加材料不同，造成影响不完全相同，表现为显著相关，拉伸粘结强度与浸水后拉伸粘结强度相关性系数为0.66；

⑶受到可再分散胶粉和纤维素醚的影响，相同水泥品种和用量的试件表现为抗压强度下降，拉伸粘结强度上升。由于添加的可再分散胶粉和纤维素醚用量和品种不同，造成的负面影响程度不一，表现为拉伸粘结强度与抗压强度呈低相关度，相关性系数0.46。