胡乾 王纯利 张英杰
雷帝 (中国)建筑材料有限公司，上海，201605
摘 要：探究单组分背胶在玻化砖铺贴系统中的耐候性、空鼓率、粘结强度及其强度保持率等。对单组分背胶铺贴系统在实验室标准条件测试、长期的户外实际的系统性测试和耐候箱环境系统性测试,结果表明:单组分背胶在玻化砖铺贴中有助于提高粘结强度、减少空鼓,并且在耐候性方面也具有较好的长期强度保持率,粘结强度保持率在73%以上。
关键词：单组分背胶;粘结强度;空鼓率;耐候性
0 引言
随着人们对美好生活的向往不断增加,对于居住空间的装饰材料的要求也不断提升。为了满足市场的需要,据佛山陶瓷协会数据资料显示,瓷砖技术不断更新、迭代,从陶砖,到釉面砖,再到目前的流行的玻化砖、薄板,瓷砖的吸水率越来越低[1] (小于0.5%),瓷砖的背面越来越致密、光滑,粘结难度较大。与此同时,瓷砖的尺寸也越来越大。对于这种吸水率低、背部致密瓷砖的盛行,对粘结材料也提出了新的挑战[2-3]。目前,市面上主流的瓷砖粘结材料为水泥砂浆、低等级的瓷砖胶和瓷砖背胶[4]。传统的水泥砂浆及低等级的胶粘剂已经不能满足新型瓷砖铺贴的要求,水泥砂浆很难渗入到玻化砖的表面,不能形成有效的粘结,并且胶粘结层的弹性模量与新型瓷砖的弹性模量相差较大,不能缓解系统发生形变产生的应力,造成粘结强度降低,导致玻化砖铺贴后出现大面积的空鼓、掉砖等问题,不仅影响美观,同时还增加了安全隐患及修缮成本[5-6]。
为了解决上述铺贴问题,瓷砖背胶应时而生。其中,单组分瓷砖背胶是由柔性高分子聚合物乳液及多种功能性助剂复配而成,均匀辊涂在瓷砖背面,最终形成一层聚合物膜,它能在瓷砖背面和粘结层之间架构起一层牢固的“纽带”,提升瓷砖与粘结层的粘结强度,同时缓解系统产生的应力, 有效地解决了瓷砖空鼓、脱落等问题[7]。背胶应用性能备受关注,大多数研究表明背胶可提高粘结层与瓷砖间的粘结强度,但是对于这种单组分背胶的长期耐久性、粘结强度保持率等研究相对较少。本论文通过实验室标准JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》测试、系统性的长期户外测试及模拟自然环境的气候箱测试方法,探究单组分背胶在不同胶粘剂的施工厚度、耐候性及长期户外环境下对玻化砖粘结强度、空鼓率、长期强度保持率的影响。
1 原材料与测试方法
1.1 原材料
(1)刚性防水浆料:符合JC/T 2090—2011 《聚合物水泥防水浆料》Ⅰ型,抗压强度30MPa、 抗折强度9MPa、横向变形3.5/mm、粘结强度1.5MPa;
(2)瓷砖胶:符合 GB/T 25181—2019《预拌砂浆》室内Ⅰ型,拉拔粘结强度在0.7MPa;
(3)混凝土板:符合JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》规定要求;
(4)玻化砖:吸水率小于0.5%,规格分别为50mm×50mm、300mm×600mm;
(5)单组分背胶:雷帝单组分背胶产品。
1.2 测试方法
(1)粘结强度的测试,参考JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中的养护、测试方法;
(2)背胶滚涂在玻化砖背面,实验室环境下养护24h;
(3)玻化砖的铺贴采用模拟现场厚贴法施工 (20mm);
(4)户外测试及耐候箱测试按照工地实际施工工艺,如图1所示;
(5)模拟自然环境耐候箱测试程序:①2h由室温升高到50℃;②保持50℃14h;③1h内由 50℃降到-5℃;④上述过程中洒水1小时,水温 (15±5)℃,洒水量1.0~1.5L/ (m2·min),上 述为1个循环,1个测试周期为20个循环。
图1 室外测试、耐候箱测试成型结构
2 实验结果与讨论
2.1 实验室条件下基于标准耐候性测试
实验室条件下瓷砖铺贴系统的耐候性测试基于JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中的热养护、浸水养护以及冻融循环,测试瓷砖与基材的粘结力。实验结果如图2所示,在相同的实验条件下,辊涂背胶和未涂背胶的玻化砖与基层的粘结强度区别较大。总的来讲,背胶能提高瓷砖的粘结力,特别是经过冻融循环、热养护条件下的粘结力,并且使得粘结力均在0.5MPa以上,达到了C1的标准要求。
图2 背胶对玻化砖的耐候性测试
图3 背胶在耐候性测试粘结强度保持率
玻化砖背面比较光滑致密、吸水率低,低等级的胶粘剂不能有效地渗入到防水涂料的内部,不能形成机械锚固,粘结力较弱,在标养、浸水养护中粘结力没问题,但是经过热养护、冻融循环后粘结力损失较大。主要在于粘结层、瓷砖的弹性模量不一致、引发粘结层与瓷砖之间产生应力,粘结层等级较低,没有柔韧性,不能吸收由此产生的应力。所以在标准养护、浸水养护粘结层与瓷砖的形变较小,粘结力损失较少;在热养、冻融温差变化较大的条件下,应力较大,粘结力衰减严重。背胶为一种柔性高分子聚合物膜吸附在玻化砖的背面,通过化学键、分子之间的作用力粘结玻化砖与粘结层,受外界环境变化影响较小,同时柔性的背胶膜也能吸收粘结系统产生的应力。由图2可以看出,辊涂背胶的玻化砖在经过浸水、热养护、冻融循环后粘结强度均在0.5MPa以上,并且在最苛刻的冻融循环条件下,环境温度变化较大,系统产生较大的形变,粘结强度有一定的下降,但是粘结强度保持率也高达73%。
2.2 户外条件下对背胶耐候性测试
实验室中瓷砖铺贴系统基于JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》中的耐候性测试,不能很好地反映实际的应用中出现的问题,主要在于实验室标准测试试样小且分散,很难模拟由瓷砖尺寸、温度变化及基层形变和应力变化而产生的问题。因此,在户外做大面积的满铺测试是有必要的,试样成型结构如图1所示。在3个月的测试中,实验结果如图4、图5所示:不同的环境对粘结力有一定的影响,实验室环境相对比较温和,而室外的环境昼夜温差、风吹日晒等对背胶的粘结力产生了一定的影响,拉拔粘结强度均在0.8MPa以上,拉拔粘结测试的破坏形式,从图6也可以看出,主要发生在玻化砖与背胶之间。从耐候性来讲,长期的粘结强度测试,其强度保持率均大于100%,粘结力没有衰减,反而出现了稍微的增加。主要在于随着时间的延长,水泥水化更加充分,粘结层更加致密,与背胶的界面更加紧密,粘结强度小幅度提高。在测试过程中未发现玻化砖空鼓,主要是因为在背胶中含有功能性助剂,能够充分润湿玻化砖的背面,增加背胶的润湿表面积,同时还能使粘结剂均匀满铺在玻化砖的背胶上,避免铺贴不均匀产生的缺陷,减少空鼓,增加玻化砖的粘结强度。
图4 户外不同时期环境对背胶粘结的影响
图5 户外不同时期环境对背胶粘结的影响
图6 背胶系统在室外14d、30d、90d的拉拔粘结测试
2.3 模拟自然环境变化的耐候箱对背胶耐候性的影响
实验室测试标准、室外测试均有其局限,室外测试周期较长、环境变化相对比较温和,在较短的时间不能反映出使用过程中潜在的风险。所以,为了找出在实际使用过程中有可能出现的问题, 采用模拟加速自然环境的变化的耐候箱对背胶系统进行养护,测试其空鼓率、粘结强度。将铺贴系统在实验墙上成型、养护。耐候测试墙面铺贴16块玻化砖 (300mm×600mm),用来模拟瓷砖铺贴完毕后由于温度和湿度变化对系统稳定性的影响。铺贴系统及铺贴工艺和室外测试铺贴工艺、铺贴结构一致如图1,最后将实验墙放进耐候箱中,按照如下程序养护:①2h由室温升高到50℃;②保 持50℃14h;③1h内由50℃降到-5℃;④上述过程中洒水1h,水温 (15±5)℃,洒水量1.0~ 1.5L/ (m2·min),上述为1个循环,1个测试周期为20个循环。
图7为实验墙体在耐候箱中养护1个测试周期 (20个循环)后的照片,测试结果见表1,由表1可以得出,除左上第一块玻化砖在铺贴中造成的一个点空鼓之外,其余部位未发现玻化砖空鼓,且测试拉拔粘结强度在0.8MPa,拉拔粘结破坏形成主要发生在背胶与玻化砖之间的破坏,背胶部分留在玻化砖上、部分留在胶粘结上。图8为第二个测试周期结束后,测试结果见表1:玻化砖的空鼓率、拉拔粘结强度、拉拔粘结破坏形式和第一次测试周期结果一致,并且在之前出现的一个空鼓点,再经过一次测试周期,并没有扩展。主要在于背胶能够充分润湿玻化砖的背面和粘结层,使得铺贴更加紧密、密实,为玻化砖的粘结提供了较高的粘结强度。并且其拉拔粘结强度在0.82MPa,粘结强度没有衰减。所以,综上所述,再一次验证了单组分背胶在解决玻化砖空鼓、脱落,提高粘结强度方面效果显著,并且经过一系列的系统验证单组分背胶在耐候性方面也有卓越的表现,未发现粘结强度大幅度衰减,并且和实际的应用中表现出的性能相一致。
图7 背胶系统在耐候箱中第一次循环
图8 背胶系统在耐候箱中第二次循环
图9 循环后拉拔测试的破坏形式
表1 背胶在耐候性中测试结果
3 结论
单组分背胶在玻化砖铺贴系统中,经过一系列耐候性测试,由于单组分背胶特殊的材质,为玻化砖铺贴提高了粘结强度、减少空鼓,且耐候性表现出如下的特点:
(1)在标准的实验室条件下,单组分背胶能够提高玻化砖在浸水养护、热养护、冻融循环条件下的粘结强度,拉拔粘结强度在0.5MPa以上,达到了胶粘剂 C1等级的标准要求,并保持了较高的强度保持率,粘结强度保持率在73%以上;
(2)单组分背胶在户外测试表现,玻化砖粘结强度在0.8MPa以上,并随着时间的延长,粘结强度小幅度的增加,与实验室测试的结果保持一致,粘结强度保持率高达100%;
(3)单组分背胶在耐候箱中测试表现,经过两次测试周期,粘结强度高达0.8MPa,并且粘结强度未随测试周期的增加而衰减,大面积的玻化砖未发现空鼓,即使在测试前出现的一个点的空鼓,空鼓也不会扩展,具有较好的耐候性,且粘结强度保持率高达100%。
参考文献：
文章来源于《2022'第十届中国国际预拌砂浆生产应用技术研讨会论文集》（书号ISBN 978-7-5160-3547-4）。
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