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不同胶粉及水泥用量的瓷砖胶耐久性 影响因素研究
王娟 1，寇玉德 2，陈宁 1 （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。
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。
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）
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。
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。
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%。
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（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。
