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1 引言
陶瓷砖作为一种建筑表面装饰材料， 在家装和工程装饰方面具有广泛的应用。但是，随着陶瓷砖瓷化程度越来越高，对胶粘材料的性能要求也越来越高。而传统的普通水泥砂浆，粘附能力不够强，容易在瓷砖和砂浆的界面出现空鼓剥离现象，导致瓷砖脱落。因此，开发价格便宜、操作简便的瓷砖粘结剂具有重要的实用意义。
目前广泛应用的瓷砖粘结材料依然是高分子聚合物改性的水泥基复合材料， 这种材料既保留了水泥砂浆稳定的物化性能，又使其具有优异的粘附性、施工性、保水性、抗热耐冻等性能。以有机聚合物为添加剂的水泥基瓷砖胶产品在市场上有很多， 其中有不少是知名品牌。但是，即使采用瓷砖胶对瓷砖进行铺贴，依然会在一些特定的场合存在脱落的风险。对于一些瓷化程度很高（吸水率＜ 0.1％）、规格较大的瓷砖，一般的瓷砖胶无法完全满足粘贴要求。因此，对现有瓷砖胶产品的配方进行优化设计，提高其粘附能力是很有必要的。水泥基瓷砖胶制备的文献报道也有不少，但很少有人对其进行系统的研究。本研究的目的是系统探究石英砂添加量对瓷砖胶粘附性能的影响，从而优化石英砂和水泥的配比。这在瓷砖粘结砂浆的生产过程中， 对成本和性能的优化设计具有重要的指导意义。
2 实验过程
2.1 实验原料
水泥：海螺P.O 42.5R 水泥。
石英砂：99.8％，全部通过60 目筛。
羟丙基甲基纤维素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司。
可再分散乳胶粉：德国瓦克5044N 可再分散乳胶粉。
淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。
减水剂：自配复合减水剂。
木质短纤维：上海臣启化工科技有限公司。
2.2 样品制备
（1）原料配比
基料配比：水泥（wt％）+石英砂（wt％）=100 （wt％）。
添加剂：HPMC 0.4％，胶粉1％，淀粉醚0.1％，减水剂0.5％，木质短纤维0.3％，均按基料质量百分比计算。
（2）测试用瓷砖的制备
将正常生产的600 mm×600 mm 瓷砖切割成10 mm×10 mm 的小样备用，样品的吸水率＜ 0.10％。砂浆涂覆前需将瓷砖小片粘贴表面的水或灰尘用湿抹布擦干净。
（3）砂浆制备
将水泥、石英砂、HPMC、胶粉、淀粉醚、减水剂、木质短纤维按比例混合，加入水，均匀搅拌，静置10 min 待用。
（4）砂浆涂覆
将砂浆均匀涂覆在切割好的瓷砖上， 厚度约4 mm。然后将涂覆好的样品在室内条件下养护28 天。
（5）热循环、冻融循环、浸水处理
热循环： 将在室内条件下养护28 天的样品， 置于80℃烘箱中4 h。然后冷却到室温，接着80℃处理4 h，循环5 次。
冻融循环：将在室内条件下养护28 天的样品，置于-18℃冻箱中4 h。然后自然升温到室温，接着-18℃处理4h，循环5 次。
浸水处理：将在室内条件下养护28 天的样品，淹没在水中，持续7 天。然后将样品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。
2.3 样品测试
采用拉拔仪（PosiTest AT-M Manual Adhesion Tester）
对制备好的样品进行测试。测试过程如下：
（1）在水泥砂浆表面切出一个圆圈，需彻底切开，深入到瓷砖表面。
（2） 将拉拔圆盘用云石胶固定在切开的圆圈砂浆表面，将样品置于50℃烘箱中固化10 min。
（3）用拉拔仪将圆盘缓慢拔起，记录数据，每个数据测试10 个样品。
2.4 数据处理
计算10 个数据的平均值， 舍去超过平均值±20％的数据。若剩余的数据超过5 个，则求剩余数据的平均值。
若剩余的数据少于5 个，则重新试验。
3 实验及分析
3.1 石英砂添加量对拉拔强度的影响
图1 为石英砂添加量对样品原拉拔强度的影响。
从图中可以看出，随着石英砂添加量的增加，样品的原拉拔强度有一个明显增加的趋势。当石英砂的添加量少于60wt％时，测试数据的规律性不明显，说明样品的粘附性能不稳定。当石英砂的添加量超过65 wt％时，样品的拉拔强度随着石英砂添加量的增加而增大，表现出明显的规律性。
图2 为石英砂添加量对冻融循环后样品拉拔强度的影响。
从图中可以看出， 当石英砂的添加量少于60 wt％时，经冻融循环后，样品的拉拔强度只有0.3 MPa 左右，且测试数据没有明显的规律性。而当石英砂的添加量超过65 wt％时，样品的拉拔强度显著增加，超过0.7 MPa。并且随着石英砂添加量的增加， 测试数据有一个缓慢增加的趋势，但是增加的幅度不大。
图3 为石英砂添加量对热循环后样品拉拔强度的影响。从图中可以看出，随着石英砂添加量的增加，样品的抗热拉拔强度出现一个很规律的增加趋势。当石英砂的添加量超过70 wt％时，拉拔强度出现轻微的下降趋势。
图4 为石英砂添加量对浸水后样品拉拔强度的影响。从图中可以看出，随着石英砂添加量的增加，样品的抗水拉拔强度出现一个很规律的增加趋势。当石英砂的添加量超过70 wt％时，拉拔强度出现明显的下降趋势。
3.2 石英砂添加量对粘附性能的影响
实际上， 拉拔强度的测试数据并不能真实地反映瓷砖粘结剂的粘附性能。因为本研究中拉拔强度的数据来源于两个方面：一是瓷砖粘结剂的拉伸强度，与材料本身的强度有关；二是瓷砖粘结剂的粘附强度，与材料的粘附性能有关。如果瓷砖粘结剂的粘附强度高于拉伸强度，那么测试样品的破坏方式为表面或中间断裂，如图5（a）所示。如果瓷砖粘结剂的拉伸强度高于粘附强度，那么测试样品的破坏方式为整体剥离，如图5（b）所示。所以在考察瓷砖粘结剂的粘附性能时， 应综合考虑拉拔强度和破坏方式。
表1 统计了不同石英砂添加量的样品经拉拔后的破坏方式，每个数据点10 个样品。由表中的结果可知，当石英砂的添加量少于65 wt％时，所有的样品均为剥离破坏。当石英砂的添加量达到70 wt％时， 样品开始出现表面拉裂破坏。当石英砂添加量达到75 wt％时，样品出现表面拉裂的概率增加。但是，经热处理的样品，即使石英砂的添加量达到75 wt％，也没有出现表面拉裂破坏的情况。
结合3.1 节的试验数据统计可知，当石英砂的添加量较少时（＜ 60 wt％），粘附强度是很低的，低于粘结剂的抗拉强度。因此，样品容易出现剥离破坏。当石英砂的添加量较多时（＞ 65 wt％），粘结剂的抗拉强度减小，粘附强度显著增加。因此，样品开始出现表面拉裂破坏。由此可见，当石英砂添加量较少时，粘结剂的粘附性能较差。而当石英砂的添加量较多时，粘结剂的粘附性能较好。但当石英砂的添加超过一定量时，粘结剂虽然不会发生脱附，但是会发生断裂。
4 讨论
结合拉拔强度的测试数据和样品破坏方式的统计结果可知，石英砂的添加量较少时，样品的原拉拔强度、冻融循环、热循环、浸水拉拔强度都是很低的。这种现象出现的原因主要是石英砂添加量少时， 砂浆干燥产生的收缩大，在界面出现大的界面应力，在外力作用下，或遇到热胀冷缩、吸水膨胀等情况时，很容易发生剥离。而随着石英砂含量的增加，砂浆干燥产生的收缩减小，产生的界面应力也相应减小，从而使得砂浆的粘附能力增强，不易出现剥离。但是，当石英砂的添加量超过一定量时，由于作为胶凝材料的水泥含量减少， 导致砂浆的拉伸强度降低，容易出现断裂现象。
因此，在配制瓷砖粘结剂时，应严格控制石英砂的添加量，不宜太少，也不宜过多。具体的配比与石英砂的粒度和水泥的标号有关，应通过试验来确定。
5 结论
通过试验发现， 石英砂的添加量对瓷砖粘结剂的粘附性能有重要的影响。当石英砂的添加量少于60 wt％时， 样品很容易发生剥离； 当石英砂的添加量大于65wt％时，瓷砖粘结剂的粘附性能大大提高。经过冷、热、水处理后，拉拔强度均可以达到0.6 MPa 以上；当石英砂的添加量达到75 wt％时， 虽然粘结剂的粘附性能没有显著下降，各项指标均超过0.7 MPa，但是拉伸强度显著下降。因此，石英砂的添加量应控制在65 wt％～75 wt％之间。
