瓷砖背胶的应用力学性能研究

23 11 月, 2019 admin

0 前言
随着人们对装饰标准的不断提高，陶瓷、文化石、大理石、玻化砖等人造和天然石材被大面积使用。各种人造和天然石材种类繁多，性能差异巨大，施工要求也各不相同。由于施工人员对于不同石材的表面性能缺乏认识，更容易导致瓷砖上墙后出现空鼓、脱落，一旦高层出现此类现象，其修复将异常困难，有些需要整个墙面系统重新制作，带来非常高的维修处理费用。
目前，瓷砖粘接材料主要使用瓷砖粘接剂，针对瓷砖粘接剂产品的良莠不齐以及较高的使用成本和运输成本、施工时容易出现空鼓现象等，市场上出现了瓷砖背胶产品，这类产品的优点是施工简单、造价低且性能满足要求。瓷砖背胶作为一种应用于瓷砖背面的新型粘接材料不仅能有效降低瓷砖面的表面张力，而且能提升与水泥（砂）层的粘接能力，有效解决了空鼓、瓷砖脱落等现象，受到市场的青睐。部分瓷砖背胶由压敏胶制成，其特点是耐水性较差，特别是浸水粘接强度特别弱。而部分瓷砖背胶为合成的丙烯酸树脂乳液，其特点是对瓷砖背面的粘接强度优异。目前市面上也有一些采用了丙烯酸树脂复配硅烷偶联剂，这种产品前期可以提高瓷砖背胶的粘接强度，但其存储性能较差，这是由于硅烷偶联剂水解的缘故。
瓷砖背胶的使用方法与瓷砖粘接剂的使用方法有一定的区别。通常步骤为：①将需要上墙的瓷砖背面进行杂质和灰尘的处理；②将瓷砖背胶均匀刷涂于瓷砖背面；④调配好合适比例的水泥（砂）在刷有背胶的瓷砖背面进行涂覆；④上墙铺贴，均匀敲打至平整，刮去多余的水泥。
随着瓷砖背胶产品应用的深入，其户外抗敲打能力备受关注，从力学性能来讲，其粘接强度应达到一定值。作为一种取代市面上瓷砖粘接剂产品，目前针对该产品粘接能力的检测方法还未提出。参考JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》的标准，针对瓷砖背胶和水泥砂组合进行检测存在测试基材板材大、在普通万能试验机上无法移动、测试周期长以及瓷砖表面粘贴环氧树脂铁块易滑移等问题。本研究介绍了一种瓷砖背胶粘接强度检测方法，并测试AT-701S 与其他市售产品的性能指标。

1 试验部分
1.1 试验原料
水泥（P.O 32.5），普通硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司；AT-701S型瓷砖背胶，改性丙烯酸酯乳液，安德士化工（中山）有限公司；瓷砖，抛光砖，佛山市嘉乐仕建材有限公司；河砂，125~178 μm，佛山市宝利达建材科技有限公司；瓷砖胶粘剂，玻化砖专用，德高（广州）建材有限公司；竞品1（丙烯酸酯聚合物，压敏型瓷砖背胶）、竞品2（丙烯酸酯聚合物，高粘接强度瓷砖背胶），市售。
1.2 试验仪器
CMT-4104 型万能试验机，美特斯工业公司；2155- SEBD 型冰箱，青岛海尔股份有限公司；40 mm×40 mm×4 mm内框模具，自制。
1.3 试验制备
1.3.1 拉伸粘接强度试样
将瓷砖背胶在70 mm×70 mm×6 mm的玻化砖上薄刷、表干；将水泥和125 ~178 μm砂子按质量比1∶1混合均匀后，加水搅拌至黏稠状，用内框40 mm×40 mm×4 mm模具在刷涂有背胶的玻化砖上进行刮涂，用刮刀平整表面，立即除去框型。
1.3.2 常温粘接强度试样
试样在湿度90%、室温25 ℃下养护27 d后，于水泥砂层用环氧树脂（EP）粘贴拉拔头，养护24 h后进行测试。
1.3.3 热处理粘接强度试样
试样在湿度90%、室温25 ℃下养护14 d，然后将试件放入50 ℃鼓风烘箱中14 d，从烘箱中取出，于水泥砂层用EP粘附拉拔头，在室温下养护24 h后进行测试。
1.3.4 浸水粘接强度试样
试样在湿度90%、室温25 ℃下养护7 d，然后在室温水中养护20 d，从水中取出试件擦干，于水泥砂层用EP 粘附拉拔头，在室温下养护24 h 后进行测试。
1.3.5 冻融循环粘接强度试样
试样在湿度90%、室温25 ℃养护7 d，然后在室温水中养护21 d，从水中取在（2±0.3）h 内降至室温，在室温下保持（2±0.3）h ，再将试件侵入室温水中，保持温度（2±0.3）h，重复25次循环。在最后1次循环后取出试件在湿度90%，于水泥砂层用EP粘附拉拔头，养护24 h后进行测试。
图1为瓷砖背胶粘接强度检测样块。

2 结果与讨论
2.1 不同粘接材料对瓷砖粘接强度的影响
不同粘接材料对瓷砖粘接强度的影响如图2所示。
瓷砖背胶水泥砂、水泥和瓷砖胶粘剂的粘接强度
由图2可知：瓷砖背胶水泥砂和瓷砖胶粘剂的粘接强度接近，而单纯使用水泥作为瓷砖粘接材料时，其强度较差。这可能是玻化砖的背面非常致密，使用水泥作为粘接材料时，单纯的机械咬合不能提供足够的粘接强度。另外，玻化砖背面通常在制作过程中会残留脱模剂，而水泥无法在该界面形成有效粘附。
2.2 不同养护条件对瓷砖背胶粘接强度的影响
2.2.1 常温养护粘接强度
图3为常温养护后试样的粘接强度。

由图3可知：不同瓷砖背胶粘接强度表现是不一样的，这与瓷砖背胶合成配方有关。通常瓷砖背胶通过有机硅改性的方法增加附着力，从而提高背胶的粘接强度。但常规的压敏系列的背胶则不具备此特点，其粘接强度也相应会较低。
2.2.2 不同处理方法的粘接强度
图4、图5和图6分别为热处理、浸水处理和冻融循环后试样的粘接强度。
由图4可知：热处理后瓷砖背胶的粘接强度均得到提高，这可能与此类乳液使用交联剂有关系，在热处理后，背胶养护更充分，交联也更充分，从而强度得到提高。由图5可知：竞品2的粘接强度与背胶的耐水性能有直接关系，耐水性能越优异，浸水粘接强度保持率越高。由图6可知：由于冻融循环在测试中需要浸水处理，所以从数据看出，冻融循环粘接强度与浸水粘接强度数据较接近。
热处理粘接强度,浸水处理粘接强度,冻融循环粘接强度
2.2.3 不同养护条件下瓷砖背胶粘接强度的断裂面
不同背胶在检测其粘接强度时断裂面位置不同，在玻化砖和背胶层之间断裂可认定为瓷砖背胶对玻化砖的粘接强度，若断裂面位置在水泥砂层则认定水泥砂层的强度小于背胶和瓷砖面层的强度，若EP界面处无明显水泥砂被附着而造成的断裂则可认为是EP粘接强度不足。图7为不同养护条件下瓷砖背胶粘接强度测试断裂面位置。由图7可知：竞品1断裂面均出现在玻化砖和背胶层，测试结果真实反馈了竞品1对玻化砖的粘接强度，而竞品2的断裂面均出现在水泥砂层，且EP胶上均附着了水泥砂，这说明竞品2对于玻化砖的粘接强度大于水泥砂层自身强度，AT-701S的断裂面均在EP和水泥砂层，因此AT-701S的粘接强度测试结果要大于实际测试结果。
不同养护条件下瓷砖背胶粘接强度测试断裂面位置
综上所述，试样的粘接强度竞品2>AT-701S>竞品1。
将以上不同的背胶刷涂相同质量于60 mm×60 mm×6 mm 的玻化砖上进行户外水泥砂粘贴，养护28 d后进行户外敲砖试验，结果如图8所示。
不同瓷砖背胶实际敲砖效果
由图8可知：AT-701S在敲砖时，水泥砂层随玻化砖一起剥落，且无明显单独瓷砖掉落现象，竞品1出现了少许部位的玻化砖脱落，而竞品2的玻化砖大面积脱落，说明竞品2 在实际贴砖中效果较差。
对比AT-701S、竞品1和竞品2户外实际敲砖试验，实验室瓷砖背胶粘接强度测试可以作为参考依据。一方面实验室测试粘接强度所施加的力为单一方向的拉力，而实际敲砖使用的力更多为冲击力等（更为复杂）；另一方面不同瓷砖背胶在设计配方时也不尽相同，其单体配比和种类也可能对实际粘贴效果产生影响。