徐海源，沙建芳，劉建忠，郭飛（1.高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇南京　210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇南京　211103）

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水泥基瓷磚粘結(jié)劑耐熱老化性能影響因素研究

徐海源1，2，沙建芳1，2，劉建忠1，2，郭飛1，2
（1.高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇南京210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇南京211103）

摘要：從膠凝材料、聚合物、骨料等方面分析對比了各因素對水泥基瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)原強度、熱老化后拉伸粘結(jié)強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，摻入適量的滑石粉（600目）、適宜黏度的纖維素醚、提高骨料中0.3mm以下顆粒含量等方法均有利于改善瓷磚粘結(jié)劑耐熱老化性能；丙烯酸類可再分散膠粉對瓷磚粘結(jié)劑耐熱老化后拉伸粘結(jié)強度的提升效果優(yōu)于醋酸乙烯酯/乙烯共聚物膠粉。

關(guān)鍵詞：瓷磚粘結(jié)劑；耐熱老化性能；拉伸粘結(jié)強度

0 前言

瓷磚是現(xiàn)代建筑業(yè)廣泛應(yīng)用的飾面材料之一，具有經(jīng)久耐用、裝飾效果好、易于清洗等優(yōu)點［1］。隨著瓷磚向低吸水率和鋪貼薄型化方向發(fā)展，瓷磚粘結(jié)劑的使用成為必然選擇，并可使施工效率、質(zhì)量及安全性能大幅提高［2-4］。然而，由于我國外墻瓷磚應(yīng)用量較大，氣溫變化使得暴露在各種高溫環(huán)境下的瓷磚剝落事故還是逐年上升，應(yīng)用中對瓷磚粘結(jié)劑也提出了更高的耐熱老化性能要求。以往研究熱點主要集中在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下的拉伸粘結(jié)性能，而對各種實際應(yīng)用環(huán)境下的粘結(jié)強度關(guān)注較少，特別是在高溫環(huán)境下的耐熱老化后粘結(jié)強度研究更是鮮有報道［5-6］。

鑒于此，本文從膠凝材料、聚合物、骨料性能等方面分析對比各因素對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)原強度、熱老化后粘結(jié)強度的影響規(guī)律，以期為配制耐熱老化性能優(yōu)良的瓷磚粘結(jié)劑提供參考。

1 試驗

1.1 試驗材料

水泥：鶴林P·O42.5水泥，28 d抗壓強度49.8 MPa，密度3.1 g/cm3，鶴林P·O52.5水泥，28 d抗壓強度55.9 MPa，密度3.05 g/cm3，其性能均符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)要求；粉煤灰：Ⅰ級，南京熱電廠，密度2.4 g/cm3；礦粉：江南S95磨細(xì)礦粉，密度2.7 g/cm3；滑石粉A：細(xì)度600目；滑石粉B：細(xì)度1000目；可再分散乳膠粉：膠粉A、B為丙烯酸膠粉，膠粉C、D為醋酸乙烯酯/乙烯共聚物，均產(chǎn)自山西三維集團有限公司；纖維素醚A：40 Pa·s，纖維素醚B：75 Pa·s，纖維素醚C：100 Pa·s，纖維素醚D：150 Pa·s，纖維素醚E：200 Pa·s，均為羥丙基甲基纖維素醚，產(chǎn)自赫克力士化工有限公司；河砂與石英砂：市購，篩分結(jié)果如表1所示。

標(biāo)準(zhǔn)混凝土板與標(biāo)準(zhǔn)試驗磚：性能符合JC/T 547—2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》標(biāo)準(zhǔn)要求，均產(chǎn)自上海增司工貿(mào)有限公司。

表1 骨料累計篩余百分?jǐn)?shù)　%

1.2 試驗方案及方法

瓷磚粘結(jié)劑基準(zhǔn)配合比如表2所示。分別采用不同強度等級水泥、不同細(xì)度滑石粉、不同摻量粉煤灰與礦粉替代水泥，探討膠凝材料對拉伸粘結(jié)原強度、耐熱老化后粘結(jié)強度的影響規(guī)律；從膠粉、纖維素醚品種及摻量等方面分析其對瓷磚粘結(jié)劑拉伸強度的影響因素；采用河砂及石英砂篩分得到＜0.3 mm顆粒及0.3～0.6 mm顆粒的2種級配后，按不同比例進(jìn)行混合，研究不同級配組成對拉伸粘結(jié)原強度、耐熱老化后粘結(jié)強度的影響規(guī)律。

表2 瓷磚粘結(jié)劑的基準(zhǔn)配合比

按照J(rèn)C/T 547—2005成型相應(yīng)的試樣，將標(biāo)準(zhǔn)試驗磚粘結(jié)面與瓷磚粘結(jié)劑粘結(jié)成型后，分別進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)和熱養(yǎng)護，測試瓷磚粘結(jié)劑的拉伸粘結(jié)原強度、耐熱老化后拉伸粘結(jié)強度。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 水泥及摻合料對瓷磚粘結(jié)劑粘結(jié)強度的影響

按表2配合比，保持水泥與骨料總量不變，改變水泥品種與用量，分析其對瓷磚粘結(jié)劑標(biāo)養(yǎng)與熱養(yǎng)護后粘結(jié)強度的影響規(guī)律；按表2配合比，分別采用滑石粉、摻合料等量替代水泥，研究其對瓷磚粘結(jié)劑標(biāo)養(yǎng)與熱養(yǎng)護后粘結(jié)強度的影響規(guī)律，結(jié)果如圖1所示。

從圖1（a）可以看出，對不同強度等級的水泥，瓷磚粘結(jié)劑在標(biāo)養(yǎng)和熱養(yǎng)護后的拉伸粘結(jié)強度均隨水泥用量的增加而逐漸增強，但當(dāng)水泥用量超過380 kg時，增長速度放緩，特別是熱養(yǎng)護條件下的粘結(jié)強度還略有降低；圖1（b）中，600目與1000目細(xì)度的滑石粉對2種養(yǎng)護條件下瓷磚粘結(jié)劑拉伸強度影響規(guī)律不同，當(dāng)滑石粉A（600目）摻量超過20 kg時，可提升粘結(jié)強度10%～20%，而滑石粉B（1000目）則隨著摻量的增多，降低了各養(yǎng)護條件下的拉伸粘結(jié)強度；在圖1（c）、（d）中，粉煤灰摻量超過30 kg時，砂漿的拉伸粘結(jié)原強度、耐熱老化后粘結(jié)強度有一定降低，但礦粉在各摻量下均無負(fù)面影響。

圖1 水泥及摻合料對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響

可見，水泥及600目滑石粉在用量適當(dāng)時均有利于改善瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)原強度及耐熱老化后粘結(jié)強度，但水泥摻量過多或采用太細(xì)的滑石粉進(jìn)行填充反而對拉伸粘結(jié)強度不利。這可能是當(dāng)水泥量或膠凝材料細(xì)度達(dá)到一定水平時，隨用量增加，聚灰比相應(yīng)降低，因而材料的柔韌性變差，對于拉伸粘結(jié)力改善作用較弱，最終表現(xiàn)為拉拔力下降。

2.2 膠粉對瓷磚粘結(jié)劑粘結(jié)強度的影響

按表2配合比，改變膠粉品種，分析其對瓷磚粘結(jié)劑粘結(jié)強度的影響，結(jié)果見圖2；按表2配合比，其它組分用量不變，分別采用膠粉A和膠粉C，調(diào)整膠粉用量，研究其對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響，結(jié)果見圖3。

圖2 膠粉品種對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響

圖3 膠粉用量對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響

由圖2可知，相同摻量（10 kg）時，4種不同單體聚合得到的膠粉對拉伸粘結(jié)原強度影響相差不大，但其對熱老化后拉伸粘結(jié)強度作用效果不同，丙烯酸可再分散膠粉A、膠粉B的耐熱老化后拉伸粘結(jié)強度明顯高于由醋酸乙烯酯/乙烯共聚物組成的膠粉C、膠粉D。

由圖3可知，當(dāng)膠粉種類相同時，瓷磚膠的拉伸粘結(jié)強度隨摻量的增多而逐漸提高，且對拉伸粘結(jié)原強度的提升作用尤為明顯。

一般來說，摻入膠粉后，其填充于水泥砂漿內(nèi)部空隙中，隨著聚合物的增多，成膜的規(guī)模和數(shù)量增加，橋接微裂紋或者應(yīng)力作用的形變得以消耗，其內(nèi)部應(yīng)力分配更為合理；同時，乳膠粉在砂漿中成膜對水泥水化產(chǎn)物起到一定程度的保護作用，延遲或限制了水化產(chǎn)物的分解，拉伸粘結(jié)強度得到保留，隨著乳膠粉摻量的增加，這種改善更為明顯。在受熱條件下，?；u和瓷磚膠線膨脹系數(shù)差異會導(dǎo)致相對位移，從而增加了界面裂縫的可能性，而采用丙烯酸可再分散膠粉，則賦予了瓷磚膠更高的柔韌性，增強了粘結(jié)劑承受變形的能力，從而改善了瓷磚粘結(jié)劑的耐熱老化后拉伸粘結(jié)強度。

2.3 纖維素醚對瓷磚粘結(jié)劑粘結(jié)強度的影響

按表2配合比，其它組分不變，對比摻入不同黏度纖維素醚對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響，結(jié)果見圖4；調(diào)整纖維素醚用量，分析不同纖維素醚用量對瓷磚粘結(jié)劑耐熱老化后拉伸粘結(jié)強度的影響，結(jié)果見圖5。

圖4 不同黏度纖維素醚對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響

圖5 纖維素醚用量對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響

由圖4、圖5可以看出，隨著纖維素醚摻量的增多，砂漿的耐熱老化后粘結(jié)強度逐漸提高，但隨黏度增大，增長幅度減小。即對低黏度纖維素醚，拉伸粘結(jié)強度隨著摻量的增加線性提高；而對高黏度纖維素醚，砂漿粘結(jié)強度在較低摻量時快速提高，而后隨摻量的變化敏感性減弱。當(dāng)摻量相同時，瓷磚膠拉伸粘結(jié)原強度隨黏度的增大有一定提高，當(dāng)黏度超過100 Pa·s時，對熱老化拉伸粘結(jié)強度的提高幅度要高于拉伸粘結(jié)原強度。

纖維素醚除能改善瓷磚粘結(jié)劑的施工性能之外，對粘結(jié)劑的拉伸膠粘強度也有很好的改善作用。其優(yōu)異的保水性使水分在其內(nèi)部長時間存在，水泥的水化硬化更充分；同時，纖維素醚還具有一定的引氣作用，隨著用量增加，引入更多氣泡，使剛性降低，高溫養(yǎng)護條件下應(yīng)力的變化對粘結(jié)強度損害程度下降，從而使得粘結(jié)劑的耐熱老化粘結(jié)性能提高。

2.4 骨料對瓷磚粘結(jié)劑粘結(jié)強度的影響

將河砂與石英砂篩分得到0.3 mm以下及0.3～0.6 mm 2種顆粒。按表2配合比，保持骨料用量不變，分別采用河砂與石英砂為骨料，并調(diào)整0.3 mm以下顆粒含量比例，研究其對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 骨料對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度的影響

從圖6可以看出，骨料中0.3 mm以下顆粒含量對瓷磚粘結(jié)劑在標(biāo)養(yǎng)和熱養(yǎng)護后的拉伸粘結(jié)強度增強作用明顯，骨料中0.3 mm以下顆粒含量越多，其對拉伸粘結(jié)強度的提升作用越好，特別是其含量從20%增至60%時，對耐老化后拉伸粘結(jié)強度提升更為顯著，能增加50%左右。骨料較細(xì)時，空隙率低，骨料表面包裹的水泥漿更多，從而拉伸粘結(jié)強度也更高。對相同級配的骨料，石英砂對熱老化后拉伸粘結(jié)強度的提升作用要高于河砂。因此，適當(dāng)增加骨料中0.3 mm以下顆粒含量，可作為提高拉伸粘結(jié)強度的有效方式，對提升瓷磚粘結(jié)劑性價比效果明顯。

3 結(jié)論

（1）摻入適量的水泥及滑石粉（600目）均有利于改善瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)原強度、耐熱老化后粘結(jié)強度，但水泥摻量過多時反而對拉伸粘結(jié)強度不利。

（2）瓷磚粘結(jié)劑在標(biāo)養(yǎng)和熱養(yǎng)護后的拉伸粘結(jié)強度隨膠粉摻量的增加而增大，丙烯酸可再分散膠粉對耐熱老化性能的提升作用優(yōu)于醋酸乙烯酯/乙烯共聚物類膠粉。

（3）纖維素醚對瓷磚粘結(jié)劑拉伸粘結(jié)強度有較好的改善作用，當(dāng)黏度超過100 Pa·s時，對熱老化拉伸粘結(jié)強度的提高作用更為明顯。

（4）提高骨料中0.3 mm以下顆粒含量，是改善瓷磚粘結(jié)劑耐熱老化拉伸粘結(jié)強度的有效方式。

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Studies of the heat-aging resistance performance for cement-based tile adhesive

XU Haiyuan1，2，SHA Jianfang1，2，LIU Jianzhong1，2，GUO Fei1，2
（1.State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering，Nanjing 210008，China；2.Jiangsu Subute New Materials Co. Ltd.，Nanjing 211103，China）

Abstract：In this paper，influencing rules of standard condition and heat-resistance tensile bond strength for cement-based tile adhesive was studied in terms of cementing material，polymer，and aggregate properties. The results show that adding suitable talcum powder（600 mesh）and cellulose ether with viscosity，increasing the content of particles in aggregate under 0.3 mm are very important means to improve the heat-resistance tensile bond strength for cement-based tile adhesive. The anti-aging property of tile adhesive with acrylate redispersible polymer powder was better than ethylene-vinyl acetate copolymer powder.

Key words：tile adhesive，heat-aging resistance performance，tensile bond strength

中圖分類號：TU58+1.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）03-0029-04

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51208236）

收稿日期：2015-09-28；

修訂日期：2015-11-13

作者簡介：徐海源，男，1986年生，安徽安慶人，碩士，工程師，從事新型水泥基材料的開發(fā)。