配方参数对水泥基玻化砖粘结剂性能的影响

时间:2013-08-15 23:51来源:北京天维宝辰化学产品有限公司 作者:李树东,李延楠,赵九东

0 前言
瓷砖脱落时有发生，严重影响瓷砖饰面系统的应用，尤其是在浸水和冻融情况下，瓷砖粘贴安全非常重要[1-2]。随着陶瓷工业发展和人们对瓷砖品质要求越来越高，瓷砖有大尺寸化和低吸水率化的发展趋势，大尺寸玻化砖应用越来越广泛。大尺寸玻化砖质量大，粘贴难度大，水泥基瓷砖粘结剂的热膨胀系数比陶瓷砖要大1 倍[3]，在温度变化时，会有不协调变形产生，由此产生的剪切应力有可能导致粘结失效，而不协调变形产生的剪切力与尺寸成正比，瓷砖尺寸越大剪切力越大。此外，水泥基瓷砖粘结剂的干燥收缩也会导致剪切应力的产生，所以针对大尺寸瓷砖，粘结剂的变形能力至关重要。大量实验证明，水泥基瓷砖粘结剂与瓷砖之间粘结是物理作用，渗透作用和范德华力起主要作用，而玻化砖吸水率非常低，渗透作用非常小，这也进一步加大玻化砖粘结难度。本文针对玻化砖粘结剂配方中关键因素对粘结强度和柔韧性的影响进行研究，以期为提供合理玻化砖粘结剂配方提供参考。

1 实验
1.1 原材料
水泥，冀东P·O42.5 水泥；水洗砂，40~70 目和70~140 目；HPMC（黏度100 Pa·s）、可再分散乳胶粉（6300E，玻璃化温度13 ℃），宝辰化学；木质纤维及其它添加剂，市售。实验用玻化砖为市场购买优质10 mm 厚玻化砖，釉层厚5 mm，按JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》测试其吸水率为0.06%，符合测试水泥基胶粘剂胶粘强度使用的陶瓷砖吸水率≤0.2%的要求。将玻化砖裁切成50 mm×50 mm×10 mm试块，沸煮、烘干、冷却后备用。
1.2 测试方法
为了严格准确测试粘结剂的性能，本试验将玻化砖的所有玻化面（100%）与瓷砖粘结剂粘结，按照JC/T 547—2005 成型相应的试样，在标准条件下[湿度（50±10）%、温度（23±2）℃、水温（20±3）℃]养护28 d，测试玻化砖与粘结剂的粘结强度和浸水粘结强度。粘结剂的柔韧性通过横向变形来表征，横向变形参照JC1004—2006《陶瓷墙地砖填缝剂》进行测试，成型试件尺寸
280 mm×45 mm×30 mm，按标准养护28 d 后在万能试验机上测试粘结剂的横向变形。
1.3 实验基础配方（见表1）

2 实验结果
2.1 配方参数对玻化砖粘结剂粘结强度的影响
2.1.1 水泥用量对粘结剂粘结强度的影响（见表2）

注：各组配方中HPMC 用量为2.5 kg、木质纤维用量为4 kg、乳胶粉用量为15 kg。
由表2 可见，随着水泥用量的增加，粘结原强度和耐水强度都略微增大，但当水泥用量超过水泥和砂总质量的40%时，水泥用量对粘结强度和浸水后粘结强度影响很小，水泥掺量过高，粘结剂柔性下降。此外，粘结剂干燥收缩也随着水泥掺量增加而提高，这些都会影响瓷砖粘贴安全。所以瓷砖粘结剂要确定合理水泥掺量。
2.1.2 乳胶粉用量对粘结剂粘结强度影响
聚合物乳胶粉可以显著改善水泥砂浆的粘结强度、耐水性和柔韧性[4]，聚合物掺量对粘结剂性能有决定性影响。固定m（水泥）∶m（砂）∶m（HPMC）∶m（木质纤维）＝40∶60∶0.25∶0.4，乳胶粉6300E 用量（按水泥和砂总质量计）对粘结剂粘结强度的影响见图1。
 

由图1 可以看出，随着乳胶粉用量的增加，粘结原强度和浸水后粘结强度都相应的增大，即使在掺量较低（1%）时，粘结原强度也大于1.0 MPa，符合JC/T 547—2005 规定的C-1 标准（≥0.5 MPa）；但浸水后粘结强度在低聚合物掺量时很低，只有当乳胶粉掺量超过2%时，瓷砖胶的粘结原强度和耐水强度都符合JC/T 547—2005 标准要求。
2.2 配方参数对水泥基玻化砖粘结剂横向变形的影响
2.2.1 水泥用量对粘结剂横向变形的影响
聚灰比是影响水泥基材料柔韧性最主要因素之一，聚合物水泥砂浆柔韧性随着聚灰比增大而提高，柔性瓷砖胶最主要技术措施是调整适当水泥用量和提高聚合物用量。表3 为不同水泥用量时粘结剂的横向变形。

注：各组配方中HPMC 用量为2.5 kg、木质纤维用量为4 kg、乳胶粉用量为15 kg。
从表3 可以看出，横向变形能力随着水泥用量增加而降低，但水泥用量超过水泥和砂总质量的40%时，水泥用量的影响并不显著。这是因为，在本实验中聚合物掺量较低，整体实验都是聚灰比较低情况，聚灰比影响并不是很显著，此外砂浆变形能力还与浆体含量有关，随着水泥掺量增加，砂浆中水泥浆（含聚合物）体积分数增加，骨料约束限制作用降低，会略微增大水泥砂浆的变形能力。
2.2.2 乳胶粉用量对粘结剂横向变形的影响
固定m（水泥）∶m（砂）∶m（HPMC）∶m（木质纤维）∶m（水）＝40∶60∶0.25∶0.4∶22，乳胶粉6300E 用量（按水泥和砂总质量计）对粘结剂横向变形的影响见图2。

从图2 可以看出，横向变形随着乳胶粉掺量增加而增大，当乳胶粉掺量为3%时，横向变形大于2.5 mm，达到S1 级粘结剂标准；当乳胶粉掺量大于5%时，横向变形可以达到5.0mm，达到S2 级粘结剂标准；实验中发现，随着乳胶粉掺量的增加，粘结剂略微变稀。对比表3 和图2 可以看出，乳胶粉掺量对柔韧性影响要远大于水泥掺量的影响。
2.2.3 乳胶粉玻璃化温度对粘结剂横向变形的影响
固定m（水泥）∶m（砂）∶m（HPMC）∶m（木质纤维）∶m（乳胶粉）∶m（水）＝40∶60∶0.25∶0.4∶1.5∶22，选择10 种宝辰化学产不同Tg 的乳胶粉进行对比实验，胶粉的Tg 由TDS 测定，乳胶粉玻璃化温度对粘结剂横向变形的影响见表4。

从表4 可以看出，随着玻璃化温度的提高，粘结剂的横向变形有减小的趋势，柔性瓷砖胶中宜选用玻璃化温度较低的乳胶粉。
3 结语
（1）在较低的乳胶粉掺量（1%）下，水泥基玻化砖粘结剂的粘结原强度也能符合JC/T 547—2005 标准要求，但其浸水粘结强度只有在乳胶粉掺量大于2%时，才能达到0.5 MPa 以上。对于玻化砖粘结剂、陶瓷砖界面剂和瓷砖翻新腻子等产品，要关注浸水粘结强度。
（2）在水泥掺量大于40%情况下，水泥对粘结强度的影响不是很大，水泥掺量增加会降低粘结剂柔韧性。
（3）可再分散乳胶粉对粘结剂的柔韧性和粘结强度，尤其是浸水后粘结强度的影响显著，较高用量的可再分散乳胶粉是获得高品质水泥基玻化砖粘结剂的必要条件。