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瓷砖背胶的研究及应用
李政兴 黎长珍 汪焕彬 赖洪江
（广州乐匠建筑材料有限公司）
1 前言
随着生活水平的提高，人们对建筑内外墙装饰面也越来越重视。而瓷砖装饰是非常重要的主要装饰材料之一。随着人们对审美以及功能性要求逐渐提升，对高档瓷砖质量要求也越来越高，市面上出现了许多低吸水率，大尺寸的瓷砖，如陶瓷薄板砖、玻化砖、抛光砖、微晶石等。这些高档瓷砖，满足业主对美感的追求的同时，也给贴砖过程提出了更高要求和挑战。
2 瓷砖粘贴原理
传统瓷砖，吸水率比较高，背面具有大量的微小毛细结构。通常是用水泥净浆或者水泥砂浆直接在多孔基面贴砖。粘结力来自于水泥净浆渗入表面毛细孔、干固后形成类似机械锚固的拉力将瓷砖粘结在基面上。大量事实证明这种粘结方法存在着严重的缺陷，主要体现在：水泥硬而脆的特点非常突出，浆料不具有柔性没法抵御因热胀冷缩或湿胀干缩带来的破坏。另外，通常用厚层贴砖方法，厚度可达 1～2cm，容易造成浆体收缩断裂导致瓷砖脱落 。造成严重后果及不必要的经济损失。
随着瓷砖吸水率越来越低，粘贴面也越来越光滑致密，采用传统铺贴更加无法满足粘结要求。尤其是玻化砖、抛光砖材质强度较高，对温度变化敏感，温差不同步，与水泥的热膨胀系数不同，大规格瓷砖铺贴后存在温差应力，季节性的温差振荡会造成粘接强度降低，破坏砖体和基体的粘结强度，导致墙砖空鼓。各楼盘经历冬夏交替变化，墙砖空鼓会逐渐暴露出来。因此，需用聚合物改性优化而成的瓷砖胶粘剂粘结瓷砖。粘结力除了来自于水泥净浆渗入基面毛细孔形成的机械锚固力以外、还具有聚合物高分子材料的分子长链渗入基面毛细孔形成的牢固拉力。因为瓷砖胶粘剂具有很强的粘结力以及足够的柔韧性，足以抵御因气候变化带来的破坏、以及高层楼宇的轻微震动。能使瓷砖永久性牢固地粘结，不存在安全隐患。
针对吸水率较低，尺寸较大的抛光砖、玻化砖、建筑薄板砖要求推荐 C2 级别的瓷砖胶[3]，但整体粘贴成本会比较高。本文研究对比不同瓷砖背胶，配合水泥砂浆和 C1 级瓷砖胶对玻化砖的粘贴，得到即安全有效的粘贴材料体系，又可有效控制粘贴成本。.
3 实验
3.1 原材料
水泥：硅酸盐水泥或白水泥，42.5 强度等级，其主要力学性能指标符合 GB175-2007《通用硅酸盐水泥》，其技术性能指标见表 1。
聚合物乳液：BASF Acronal S 400 F，BASF Styrofan R ECO 7623；石英砂：粒度 50～100 目，含水量小于 1.5%，含泥量小于 1.0%；石英粉：200～325 目石英粉；助剂：高效减水剂、防腐剂、消泡剂和增稠剂。
3.2 实验用标准基材
实验用基材符合 JC/T547-2005 《陶瓷墙地砖胶粘剂》要求，具体指标如下：
3.2.1 试验用陶瓷砖
⑴测粘结强度用的瓷质砖 （V1 型砖）：吸水率≤0.2%,其余同上。
⑵前处理：预先检查陶瓷砖是未被使用的、干净的，然后浸水 24h，沸水煮 2h，洗净后在 105℃下烘干 4h，干养护条件下至少放置 24h。
3.2.2 试验用混凝土板
⑴混凝土板尺寸为 400×400mm，厚度≥40mm。
⑵前处理：做热老化粘结强度的混凝土板，应在105℃下烘干 24h 后取出，放置在干养护条件下至少24h。
⑶除热老化实验的混凝土板需前处理外，其他实验所用的混凝土板无需前处理。
⑷涂刷前，应将混凝土表面的浮土、灰尘去除。
3.2.3 试验用拉拔头与胶粘剂
⑴拉拔头尺寸：(50±1)×(50±1)mm 的正方形金属板，厚度≥10mm，有连接部件。
⑵环氧胶粘剂：将环氧胶粘剂和环氧固化剂按 1:1比例混合后备用，应在固化前使用完毕。
3.2.4 压块
截面积略小于 50×50mm，质量（2.00±0.015）Kg。
3.3 性能测试
在预处理好 V1 型瓷砖背面涂刷背胶 1 遍，24 小时后按 JC/T547-2005 《陶瓷墙地砖胶粘剂》要求进行贴砖、养护及测试。
4 实验结果与分析讨论
4.1 单组份背胶性能测试与分析
选取低玻璃化温度丙苯乳液 400 F 和高玻璃化温度丁苯乳液 ECO 7623 做成单组份背胶进行性能对比，具体材料配比如表 2。
两种单组份背胶涂刷于瓷砖背面 24 小时后，用 C1瓷砖胶进行粘贴养护，测试他们 28d 后拉伸胶粘原强度、20min 晾置强度、浸水后拉伸胶粘强度、热老化拉伸胶粘强度和冻融循环处理后拉伸胶粘强度，并与未涂刷背胶测试结果对比，具体如表 3。
根据表 3 结果可看出，涂刷背胶后，拉伸粘结原强度和晾置强度比不涂刷背胶高，但是浸水强度、热老化强度和冻融循环处理后拉伸胶粘强度均比不涂刷背胶，直接用 C1 级瓷砖胶粘贴强度低。主要是由于单组分背胶涂刷在瓷砖背面后，在其背面成膜，在干养护条件下，这层高分子膜有利于瓷砖胶与砖的粘贴，提高强度，当浸水、热老化和冻融处理后，高分子膜的耐水性和耐热性能没有水泥基产品高，导致了强度降低。从表中还可看出，配方 2 比配方 1 具有相对较好的耐水、耐热老化及冻融处理后粘结强度，主要是由于玻璃化温度高的丁苯乳液比玻璃化温度低的丙苯乳液具有更好的耐水和耐热还原性能。
4.2 双组份背胶性能测试与分析
单组份背胶由于高分子膜的耐水性与耐热性能等与水泥基相比较差，为了改善这方面性能，加入水泥干粉组分进行复配，同时还加入少量粗砂，使其施工后表面更加粗糙，从而增强背胶与瓷砖胶之间的粘结力。由于高 TG 丁苯乳液各项性能都优异与低 TG 丙苯乳液，因此液相部分选择高 TG 丁苯乳液 ECO 7623 作为复配体系。具体配方设计如表 4。
双组份背胶涂刷于瓷砖背面 24 小时后，用 C1 级瓷砖胶进行粘贴养护，同样测试他们 28d 后拉伸胶粘原强度、20min 晾置强度、浸水后拉伸胶粘强度、热老化拉伸胶粘强度和冻融循环处理后拉伸胶粘强度，并与未涂刷背胶测试结果对比，具体测试结果如表 5。
由表 5 可见，加入含水泥干粉体系改性后，双组份背胶各项性能均可符合 C2 级瓷砖胶强度要求。主要是由于丁苯乳液与水泥体系有很好的相容性，它在砂浆中有良好的减水和保水作用，可显著降低毛细孔吸水率，改善其韧性，复配体系性能 2d 后就可超过未改性浆体。从而确保了双组分体系与低吸水率瓷砖之间有良好的粘结性能。
4.3 水泥净浆与 C1 级瓷砖胶粘贴背胶性能测试
为了对比水泥净浆和 C1 级瓷砖胶粘贴背胶性能效果，选取广州某工地做现场测试，墙面粘贴的 为600mm×1200mm 抛光砖。用双组份背胶涂刷于抛光砖背面 24 小时后，分别用水泥净浆和 C1 级瓷砖胶来粘贴。56d 后测试墙面空鼓状况 （选取粘贴好的 100 块砖，每块砖选取 5 个点，用空鼓锤逐一测试）。用水泥净浆粘贴墙面空鼓率为 32.5%，而用 C1 瓷砖胶粘贴墙面空鼓率为 8.2%，远远小于前者，而且很少出现整片砖空鼓的情况。
为了进一步分析原因，施工现场中把水泥净浆贴砖空鼓部位瓷砖撬开，发现整块瓷砖从水泥净浆面脱落，背胶被破坏，部分粘在水泥净浆面上，墙上水泥净浆上出现许多收缩裂缝。空鼓主要是由于水泥净浆干缩比较厉害，而瓷砖尺寸比较稳定，在粘贴的界面上产生内应力，最终把背胶破坏导致。表 6 对比了水泥净浆，1:2水泥砂浆及 C1 瓷砖胶的干缩变化情况。从表中可看出，水泥净浆干缩最大，水泥砂浆由于加入了骨料，收缩比水泥净浆小。而瓷砖胶在生产过程已经调好级配，28d和 56d 干收缩都比较小，贴砖后产生内应力也小，不易产生空鼓现象。
5 结论
本文通过对瓷砖背胶的研究及其在大尺寸抛光砖中粘贴的应用研究与分析，得到以下结论：
⑴单组份背胶，由于高分子膜本身的耐水性与耐热性能与水泥基产品对比相对较差，用它做背胶贴砖时，拉伸胶粘原强度和晾置强度有所提高，但浸水后拉伸强度、热老化拉伸强度和冻融循环处理后拉伸强度较低，无法满足抛光砖等吸水率较低瓷砖粘贴要求；
⑵双组份背胶，由于含有聚合物乳液和水泥基组分复配，可形成致密、坚韧的粘结层，用于处理低吸水率瓷砖，再用 C1 级瓷砖胶粘贴，可得到满足 C2 级别瓷砖胶粘结强度要求；
⑶用 C1 级别瓷砖胶粘贴涂刷双组份背胶瓷砖时，与用水泥净浆粘贴相比可极大减少空鼓率，提高大尺寸抛光砖粘贴的可靠性。
