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0 前言
目前，随着人们生活水平的提高，瓷砖使用量越来越多，单块面积越来越大。通常瓷砖产生脱落的原因主要有：（1）新混凝土基层干缩变形；（2）外界因素，如建筑沉降及蠕变；（3）温度的骤变产生变形；（4）多孔瓷砖中的水气膨胀而产生剪应力；（5）瓷砖表面比较光滑，胶粘剂与瓷砖之间机械锚固力非常小，导致因其它原因产生很小应力造成粘结力破坏。针对这些问题，普通型瓷砖胶粘剂只能满足一部分要求。对于单块面积较大，如600 mm×600 mm 以上的玻化砖，因其收缩率较大，普通型瓷砖胶粘剂用于粘贴这些高品质瓷砖，经常会出现空鼓、掉砖现象。因此，对于高品质瓷砖，需采用增强型瓷砖胶粘剂进行粘贴。目前，针对普通型瓷砖胶粘剂的研究较多[1-5]，对不同种类及型号原材料在瓷砖胶粘剂中应用机理及影响规律进行研究，这些文献显示，普通型瓷砖胶粘剂的热老化后拉伸胶粘强度和浸水后拉伸胶粘强度都不易达到0.5 MPa。而增强型瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度和浸水后的拉伸胶粘强度都达到1.0 MPa。本文主要研究乳胶粉用量、水泥用量、纤维素醚用量、早强剂、减水剂等对瓷砖胶粘剂热老化后及浸水后拉伸胶粘强度的影响。
1 试验
1.1 试验原料
P·O42.5 水泥：唐山冀东水泥股份有限公司，性能指标见表1；石英砂：40~80 目，80~120 目：石坎世堂矿业加工厂；纤维素醚MW40000PFV、可再分散乳胶粉5010N：北京龙湖科技有限公司；有机硅憎水剂Seal-80：国民淀粉化学有限公司；甲酸钙：陶氏化学集团；三聚氰胺减水剂F10：德国巴斯夫集团。
1.2 试验基础配方
高强型瓷砖胶粘剂的基础配方如表2 所示，其中石英砂包括40～80 目和80～120 目2 种，m（40～80 目石英砂）∶m（80～1.3 试验方法本试验主要考察瓷砖胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘
强度。试件的制备、养护及检测方法均按标准JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》中有关规定进行。
（1）增强型瓷砖胶粘剂粉料：按比例分别称量水泥、石英砂、减水剂、消泡剂及纤维素醚等各种原材料，加入混合容器中，充分混合均匀。
（２）增强型瓷砖胶粘剂胶浆配制：先将粉料对应用水量加入搅拌容器中，加入对应粉料，用砂浆搅拌机充分搅拌均匀即可。
2 结果与讨论
2.1 水泥用量对瓷砖胶粘剂拉伸胶粘强度的影响
水泥作为水泥基瓷砖胶粘剂中不可缺少的原材料，其主要通过机械锚固而起到粘结瓷砖目的。目前，最常用水泥为42.5 级普通硅酸盐水泥。试验选择唐山冀东水泥厂42.5 级普通硅酸盐水泥进行试验对比，用量分别占粉料质量的40.0%、42.5%、45.0%、47.5%及50.0%。其对瓷砖胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘强度的影响见图1。
从图1 可以看出，水泥用量增加，瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度呈降低趋势，这是由于在胶粉用量不变的情况下，水泥用量增加，聚灰比降低，胶粘剂刚性增加，柔韧性降低，高温状态下应力的变化对粘结性能造成破坏增加，表现为拉伸胶粘强度降低。随着水泥用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度呈增加趋势，当水泥用量达到47.5%时，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度增加不明显。这是因为瓷砖胶粘剂主要通过机械锚固及分子间范德华力粘结瓷砖，经浸水处理，水分子进入到瓷砖胶粘剂内部，对胶粘剂与瓷砖界面之间的范德华力造成破坏，只能依靠水泥的机械锚固力粘结，而这种机械锚固力随水泥用量增加而增大，达到一定用量时，水泥对强度提高不明显，基本保持不变。水泥用量大于45.0%，瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度和浸水后的拉伸胶粘强度仍然大于1.0 MPa，考虑到瓷砖胶粘剂成本，选择水泥用量占粉料总质量的45.0%为最佳。
2.2 可再分散乳胶粉用量对瓷砖胶粘剂拉伸胶粘强度的影响
可再分散乳胶粉作为瓷砖胶粘剂有机胶凝材料，其对瓷砖胶粘剂各方面性能改善非常明显，如增加与光滑界面粘接强度、提高抗开裂性能、抗冻融等。可再分散乳胶粉种类有聚醋酸乙烯-乙烯共聚物、纯丙烯酸、苯丙胶粉及丁苯胶粉等，最常用的为聚醋酸乙烯-乙烯共聚物。经试验验证，聚醋酸乙烯-乙烯共聚物综合性能优于其它种类可再分散乳胶粉。本研究选择最常用的聚醋酸乙烯-乙烯共聚物胶粉5010N 进行考察。图2 为可再分散乳胶粉用量分别占粉料质量的3.0%、3.5%、4.0%、4.5%及5.0%时，对瓷砖胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘强度的影响。
从图2 可以看出，随着乳胶粉用量的增加，瓷砖胶粘剂的热老化后和浸水后拉伸胶粘强度都呈现增加趋势，但热老化后的拉伸胶粘强度增大更明显。这是因为在水泥用量保持不变的情况下，胶粉用量增加，聚灰比增大，胶粘剂柔韧性增加，高温状态下应力的变化对粘结性能造成的破坏减小，表现为粘结性能提高。瓷砖胶粘剂经浸水处理，水分对胶粘剂与瓷砖界面之间范德华力进行破坏。可再分散乳胶粉用量增加，胶粘剂与瓷砖界面之间范德华力呈现增大趋势，并且密实度相对增加，水分对范德华力破坏减小。综合这两方面原因，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度呈增大趋势。瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度比浸水后的拉伸胶粘强度增加更明显，可能是因为高温状况下应力的变化对胶粘强度造成破坏没有水分对胶粘强度造成破坏严重。可再分散乳胶粉用量增加，瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度和浸水后的拉伸胶粘强度都增加，考虑到瓷砖胶粘剂成本，选择可再分散乳胶粉占总体粉料质量4.5%为最佳。
2.3 纤维素醚用量对瓷砖胶粘剂拉伸胶粘强度的影响
纤维素醚在瓷砖胶粘剂中除了改善其施工性能之外，对胶粘剂的拉伸胶粘强度也有至关重要的影响。试验选择市场最常用的纤维素醚MW40000PFV，考察其用量分别占粉料质量的0.3%、0.4%、0.5%及0.6%时对瓷砖胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘强度的影响，结果见图3。
从图3 可以看出，随着纤维素醚用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度呈降低趋势，而热老化后的拉伸胶粘强度呈增大趋势。这是因为纤维素醚具有引气作用，用量增加，引入气泡增多，密实度降低，刚性降低，高温状态下应力的变化对粘结性能造成的损坏降低；当其用量达到一定程度时，纤维素醚引气量相对增加量较小，密实度基本保持不变，高温状态下应力的变化对粘结性能造成的影响基本保持不变；同时，纤维素醚分子中含有大量氢键，具有保水作用，其用量增加，水分更不容易挥发，水泥水化更充分，胶粘剂刚性增加，高温状态下应力的变化对粘结性能造成损坏增加；当其用量达到一定程度时，水泥基本达到充分水化，刚性基本保持不变，高温状态下应力的变化对粘结性能造成的影响基本保持不变。结合这两方面原因，瓷砖胶粘剂随纤维素醚用量增加，其热老化后的拉伸胶粘强度初期增加较明显，当纤维素醚用量达到0.5%时，则瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度基本保持不变。同理，随纤维素醚用量增加，胶粘剂密实度降低，水分更容易进入胶粘剂与瓷砖的界面，对分子间范德华力破坏更严重，同时水泥的机械锚固作用增大；当纤维素醚用量达到0.5%时，瓷砖胶粘剂的密实度及机械锚固基本保持不变，其浸水后的拉伸胶粘强度基本保持不变。根据图3 得知，纤维素醚的最佳用量为0.4%。
2.4 减水剂用量对瓷砖胶粘剂拉伸胶粘强度的影响
减水剂用于混凝土中可提高其密实度、抗冻融性能、抗压强度等性能。其用于瓷砖胶粘剂中的研究相对较少。减水剂种类较多，试验选择较为常用的三聚氰胺减水剂F10，考察其用量分别占总体粉料质量的0.1%、0.2%及0.4%时对瓷砖胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘强度的影响，结果见图4。
从图4 可以看出，随着减水剂用量的增加，胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度和浸水后的拉伸胶粘强度都明显增加。减水剂是一种表面活性剂，具有一定引气作用。用水量保持不变的情况下，减水剂的加入会引入一定量的气泡，使胶粘剂孔隙率增大，密实度降低，柔韧性增加，高温状态下应力的变化对粘结性能影响降低，胶粘强度提高。减水剂的加入，虽增加胶粘剂孔隙率，降低其密实度，但孔径更小，表面张力更大，所需更大的作用力才能使水分进入到胶粘剂与瓷砖之间界面处，水压保持不变的情况下，水分子反而不易进入到胶粘剂与瓷砖之间的界面，降低了水分对胶粘强度性能破坏，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度反而提高。综合考察瓷砖胶粘剂性能及成本，确定减水剂的最佳用量为0.1%。
2.5 早强剂用量对瓷砖胶粘剂拉伸胶粘强度的影响
甲酸钙作为常用早强剂之一，其对混凝土及砂浆强度没有负面影响。将早强剂甲酸钙用于瓷砖胶粘剂中，其用量对胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘强度的影响见图5。
从图5 可以看出，随着甲酸钙用量的增加，瓷砖胶粘剂热老化后拉伸胶粘强度和浸水后拉伸胶粘强度都呈增加趋势，并且浸水后的拉伸胶粘强度增加更明显。初期，胶粘剂中含有充分水分，早强剂加入促进水泥水化，生成更多水化产物，增加密实度，提高机械锚固，降低水分对胶粘剂与瓷砖界面之间范德华力的破坏程度，浸水后的拉伸胶粘强度呈增大趋势。早强剂甲酸钙的最佳用量为粉料总质量的0.4%。
2.6 憎水剂用量对瓷砖胶粘剂拉伸胶粘强度的影响
有机硅憎水剂Seal-80 因能够保持更持久的憎水效果，其应用越来越广泛。然而瓷砖胶粘剂中很少使用有机硅憎水剂。其用于砂浆中可改善砂浆孔腔憎水性能，阻止一部分水分更加深入砂浆内部。同理，理论上有机硅也能提高瓷砖胶粘剂的耐水性能。图6 为有机硅憎水剂用量对瓷砖胶粘剂热老化后和浸水后拉伸胶粘强度的影响。
从图6 可以看出，随着憎水剂用量增加，瓷砖胶粘剂初期热老化后的拉伸胶粘强度和浸水后的拉伸胶粘强度变化都不明显，当用量达到0.2%时，瓷砖胶粘剂的热老化后拉伸胶粘强度和浸水后拉伸胶粘强度增加比较明显。SEAL-80 憎水剂是经特殊处理的硅烷基粉末，高碱性环境下迅速水解形成高反应活性硅烷醇基团，硅烷醇基团再同水泥水化产物中的羟基基团进行不可逆反应，使砂浆中孔壁表面具有憎水性，能够一定程度上阻碍水分子的进入，降低水分子对胶粘剂与瓷砖界面间范德华力破坏作用。随着有机硅用量增加，这种憎水效果更明显，水分子更不易进入到胶粘剂与瓷砖之间的界面，对范德华力破坏明显降低，胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度得到提高。
3 结论
（1）随着水泥用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度增加，热老化后的拉伸胶粘强度降低。
（2）随着可再分散乳胶粉用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度和热老化后的拉伸胶粘强度都增加，但浸水后的拉伸胶粘强度增加缓慢。
（3）随着纤维素醚用量增加，瓷砖胶粘剂热老化后的拉伸胶粘强度增加，浸水后的拉伸胶粘强度降低。
（4）在试验掺量范围内，随着三聚氰胺减水剂用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度和热老化后的拉伸胶粘强度都增加。
（5）在试验掺量范围内，随着早强剂甲酸钙用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度和热老化后的拉伸胶粘强度都增加，浸水后的拉伸胶粘强度增加较明显。
（6）在试验掺量范围内，随着有机硅憎水剂用量增加，瓷砖胶粘剂浸水后的拉伸胶粘强度和热老化后的拉伸胶粘强度都增加。
