吸水率對陶瓷磚性能的影響

摘 要：本文從破壞強(qiáng)度、抗釉裂性、濕膨脹和地磚摩擦系數(shù)考察不同吸水率對陶瓷磚性能的影響。考察結(jié)果為破壞強(qiáng)度隨著吸水率增加而降低，同時(shí)需考慮坯釉適合性對破壞強(qiáng)度的影響；而吸水率對抗釉裂性、濕膨脹和地磚摩擦系數(shù)性能影響不大。

關(guān)健詞：吸水率；破壞強(qiáng)度；抗釉裂性；濕膨脹；地磚摩擦系數(shù)

1 前言

中國是世界陶瓷磚第一生產(chǎn)大國，2016年產(chǎn)量為101.8億平方米，占全球產(chǎn)量62.84%，其中，瓷質(zhì)磚為70.66%，炻瓷磚為5.28%，細(xì)炻磚為2.35%，炻質(zhì)磚為4.81%，陶質(zhì)磚為16.90%。現(xiàn)吸水率高低已成為衡量陶瓷磚質(zhì)量的風(fēng)向標(biāo)，但是一味追求低吸水率高質(zhì)量而忽視其實(shí)際使用范圍和價(jià)值，容易造成使用功能過剩和能源浪費(fèi)，如室內(nèi)地磚吸水率≤10%足以滿足日常室內(nèi)住宅使用要求[1]。而陶瓷磚強(qiáng)國日本，陶瓷磚實(shí)際使用性能比吸水率更受到重視[2]。

霧霾、限電、污水、陶瓷廢料堆積如山等時(shí)刻在提醒我們，節(jié)能減排、綠色環(huán)保，能源可持續(xù)發(fā)展的重要性。在滿足使用功能前提下，適當(dāng)提高吸水率，降低燒成溫度，改進(jìn)工藝，將有效提高產(chǎn)量，節(jié)能降耗。如現(xiàn)有瓷質(zhì)磚燒成溫度（1250℃左右）比炻質(zhì)磚（1180℃左右）和陶質(zhì)磚（1100℃左右）分別高出70℃和150℃。在吸水率高低都滿足實(shí)際使用需求情況下，根據(jù)熱平衡計(jì)算，若燒成溫度降低100℃，則單位產(chǎn)品熱耗可降低10%以上，燒成時(shí)間縮短10%，產(chǎn)量增加10%，熱耗降低4%[3]。

2 不同吸水率陶瓷磚性能的差異

2.1 不同吸水率陶瓷磚與破壞強(qiáng)度的關(guān)系

破壞強(qiáng)度是陶瓷磚產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一，主要重點(diǎn)考察陶瓷磚結(jié)實(shí)程度。從圖1可知，破壞強(qiáng)度總體是隨著吸水率逐漸增加而先大幅降低而后緩慢降低。吸水率都接近0時(shí)的瓷質(zhì)磚破壞強(qiáng)度相差33%左右，從中看出相同的吸水率有其他因素在影響其破壞強(qiáng)度。其主要因素是坯釉適合性，如果坯體膨脹系數(shù)比釉料大，將形成壓縮應(yīng)力，破壞強(qiáng)度比較高，而坯體膨脹系數(shù)比釉料小，將形成張應(yīng)力，破壞強(qiáng)度相對比較弱。因此，在考慮吸水率對破壞強(qiáng)度影響同時(shí)，也應(yīng)該將坯釉適合性一同考慮。

從圖1還可知，瓷質(zhì)磚吸水率接近0，瓷質(zhì)磚已完全燒結(jié)，并長出數(shù)量眾多晶體，此時(shí)破壞強(qiáng)度達(dá)到最大值。吸水率越低對破壞強(qiáng)度越敏感，因此吸水率的變化對其產(chǎn)生較大的變化。隨著陶瓷磚吸水率不斷增加，晶體數(shù)量不斷減少，同時(shí)內(nèi)部孔隙增多，結(jié)構(gòu)松散，相對應(yīng)的破壞強(qiáng)度隨之降低。隨著吸水率增加，破壞強(qiáng)度并非大幅度下降，而是緩慢降低，說明吸水率后期對其影響不大。

2.2 不同吸水率陶瓷磚與抗釉裂性的關(guān)系

抗釉裂性是陶瓷磚產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一，其本質(zhì)就是釉與坯熱膨脹系數(shù)差異所導(dǎo)致的應(yīng)力滿足外部環(huán)境變換的要求而不開裂。從表1可知，陶瓷磚抗釉裂性不隨著吸水率逐漸增加而變差，從中說明陶瓷磚釉坯熱膨脹系數(shù)比較接近。此時(shí)存在3種可能性，坯體膨脹系數(shù)大于釉料膨脹系數(shù)，釉層形成正應(yīng)力，所謂的正釉，當(dāng)正應(yīng)力大于釉層強(qiáng)度時(shí)，將開裂；坯體膨脹系數(shù)小于釉料膨脹系數(shù)，釉層形成張應(yīng)力，所謂的負(fù)釉，當(dāng)張應(yīng)力大于釉層強(qiáng)度時(shí)，釉層將開裂或剝離；當(dāng)坯體膨脹系數(shù)等于釉料膨脹系數(shù)時(shí)，應(yīng)力消失或者極小，此時(shí)為理想狀態(tài)；從中可知，表1中都不存在釉裂問題，但并不意味著釉裂不會發(fā)生。同時(shí)由于坯釉膨脹系數(shù)很難恰好相等，因此普遍要求坯體膨脹系數(shù)大于釉料膨脹系數(shù)，形成正應(yīng)力，有利于提高機(jī)械強(qiáng)度。

陶瓷磚熱膨脹系數(shù)的變化根源來自化學(xué)成分，網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)體多，熱膨脹系數(shù)小，堿和堿土金屬多，熱膨脹系數(shù)大。釉裂的根本原因是釉層所承受的應(yīng)力超過了釉層強(qiáng)度。由于釉料化學(xué)成分主要以坯體主料為主，釉料的化學(xué)性質(zhì)決定其膨脹系數(shù)的大小。

2.3 不同吸水率陶瓷磚與濕膨脹的關(guān)系

濕膨脹是陶瓷磚產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一。國標(biāo)要求在不規(guī)范安裝和一定的濕度條件下，當(dāng)濕膨脹大于0.06%時(shí)（0.66 mm/m）就有可能出問題[4]。從表2可以看出，其濕膨脹系數(shù)均<0.01%，已在安全范圍內(nèi)。同時(shí)可知，不同的吸水率陶瓷磚與濕膨脹相關(guān)性不大，不存在吸水率越大，濕膨脹相應(yīng)也增加說法。

瓷磚鋪貼后將吸收水份，并和水作用而引起不可逆膨脹，結(jié)果是釉承受的壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閺垜?yīng)力，最后超過中間層的緩沖作用和釉的抗張強(qiáng)度而開裂。因此，瓷磚鋪貼前如未泡水或泡水時(shí)間不足，鋪貼后就易吸收泥漿水份逐漸產(chǎn)生濕膨脹，并由此產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)，由于濕膨脹導(dǎo)致瓷磚對四邊拼縫擠壓，自身也受到相應(yīng)的反作用力擠壓。瓷磚底面受粘結(jié)砂漿的約束，而釉面是自由體一方，形成底面和釉面的線膨脹不一致，促使瓷磚向釉面一方彎曲，在內(nèi)力的相互傳遞和疊加的作用下，當(dāng)內(nèi)力的數(shù)值超過質(zhì)地較差的瓷磚的抗拉、抗壓或抗折強(qiáng)度時(shí)，便出現(xiàn)單塊以至幾塊通長裂縫或冰炸紋狀的裂縫。

同時(shí)現(xiàn)有陶瓷磚多以釉面磚為主，釉面對空氣中的水分不吸水，只有側(cè)面裸露坯體才與空氣中的水蒸汽接觸，特別是回南天，因此，多從邊沿拱起，常與瓷磚釉層表面細(xì)小的、圓形的釉裂（龜裂）的缺陷伴生。因此在潮濕地方如廚衛(wèi)等潮濕環(huán)境下可能造成因濕膨脹而導(dǎo)致開裂或者剝脫現(xiàn)象發(fā)生。

2.4 不同吸水率陶瓷磚與地磚摩擦系數(shù)的關(guān)系

目前國內(nèi)外對地磚摩擦系數(shù)都有明細(xì)分類[5-7]，同時(shí)地磚摩擦系數(shù)又劃分為干摩擦系數(shù)和濕摩擦系數(shù)。據(jù)相關(guān)研究，濕摩擦系數(shù)測試結(jié)果能更為真實(shí)地反映現(xiàn)場潮濕條件下的使用效果，應(yīng)逐漸被推廣和應(yīng)用[8]。目前國內(nèi)比較偏向干摩擦系數(shù)檢測，如摩擦系數(shù)COF值：低于0.5為不安全，0.5 ～ 0.6為相對安全，0.6 ～ 0.8為安全，大于0.8為非常安全。

地磚摩擦系數(shù)是陶瓷磚產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)之一，其本質(zhì)就是考察人行走在陶瓷磚上滑倒的風(fēng)險(xiǎn)。從圖2可知，隨著吸水率不斷增加，對地磚摩擦系數(shù)影響不大。就吸水率小于0.5%瓷質(zhì)磚而言，仿石磚地磚摩擦系數(shù)最高為0.84，拋光磚地磚摩擦系數(shù)最低為0.61。而不同的仿古磚其地磚摩擦系數(shù)又有所不同，最高為0.78，最低為0.58。影響其摩擦系數(shù)的主要因素是磚表面的粗糙程度。由于拋光磚表面是經(jīng)過打磨光亮，其粗糙程度大大減少，以致摩擦系數(shù)偏低，而拋釉磚表面是一層玻璃釉料覆蓋，具有玻璃的性質(zhì)，干摩擦系數(shù)比較高，濕摩擦系數(shù)比較低，與拋光磚差不多。而仿古磚表面可以做成不同粗糙度的釉面，從中增加了摩擦系數(shù)。除了增加表面粗糙度外，現(xiàn)有工藝在紋路上凸顯凹凸紋理，以達(dá)到防滑美觀效果，尤其大理石比較明顯。

3 結(jié)論

（1）破壞強(qiáng)度總體隨著吸水率增加先大幅下降而后緩慢降低，同時(shí)破壞強(qiáng)度值受到坯釉適合性影響；

（2）吸水率增加對抗釉裂性影響不大，坯釉適合性起關(guān)鍵作用；

（3）濕膨脹不隨吸水率增加而增加，鋪貼前地磚需要浸泡，以防濕膨脹引起地磚變形或者開裂，同時(shí)在潮濕環(huán)境下磚邊沿可能受濕膨脹影響開裂或者拱起；

（4）地磚摩擦系數(shù)并未隨吸水率增加而增加，影響因素為地磚表面粗糙程度或者凹凸紋路。

參考文獻(xiàn)

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[2] JIS A 5209：2014.Ceramic tiles[S].JIS 2014.

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[4] GB/T 4100-2015.陶瓷磚[S].2015.

[5] JC/T1050-2007，地面石材防滑性能等級劃分及試驗(yàn)方法[S].2007.

[6] ANSI A 1264.2-2006，Pro-vision of Slip Resistance on Walking / Working Surfaces [S].2006.

[7] DIN 51130-2010，Testing Of Floor Coverings - Determination Of The Anti-slip Properties - Workrooms And Fields Of Activities With Slip Danger， Walking Method - Ramp Test[S].2010.

[8] 何問慎，顧軒等.潮濕狀態(tài)下陶瓷地磚摩擦系數(shù)測試方法探討[J].佛山陶瓷：2016 ， 26 （6） ：43-46.