水泥基粘結(jié)材料各性能指標相關(guān)性分析

藍天銳 李學文

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

以水泥為基礎(chǔ)的建材是目前使用量最大、應用范圍最廣的建筑材料，水泥基粘結(jié)材料作為其中一個重要部分，被廣泛運用于內(nèi)外墻瓷磚粘貼、填縫等領(lǐng)域。使用質(zhì)量不合格的水泥基粘結(jié)材料，可能造成瓷磚空鼓脫落，不僅影響裝飾面的美觀，導致其功能失效，還可能會危及群眾的人身安全。

檢測是控制水泥基粘結(jié)材料質(zhì)量的重要手段，本文通過對水泥基粘結(jié)材料各性能指標的相關(guān)性分析，研究各指標之間的對應關(guān)系，探索進一步完善水泥基粘結(jié)材料檢測技術(shù)的路徑。

1 性能檢測

1.1 檢測參數(shù)

針對目前市面上常見的6 個品牌的不同型號水泥基粘結(jié)材料進行檢測，檢測參數(shù)分別為拉伸粘結(jié)強度、浸水后拉伸粘結(jié)強度、抗壓強度及吸水量（30min 吸水量、240min吸水量），檢測結(jié)果見表1。

表1 水泥基粘結(jié)材料檢測結(jié)果

1.2 執(zhí)行標準

拉伸粘結(jié)強度、浸水后拉伸粘結(jié)強度的檢測依據(jù)為《JC/T 547-2017 陶瓷磚膠黏劑》，抗壓強度、吸水量的檢測依據(jù)為《JC／T 1004-2017 陶瓷磚填縫劑》。

2 相關(guān)性分析

為了減少影響結(jié)果的變量，統(tǒng)一采用相同材質(zhì)的混凝土板基材及瓷磚，且材料均符合《JC/T 547-2017 陶瓷磚膠黏劑》規(guī)定。

本文以不同的兩個水泥基粘結(jié)材料的檢測結(jié)果作為變量進行相關(guān)性分析，從而得出兩個變量之間的相關(guān)性的密切程度。相關(guān)系數(shù)的絕對值在0.3 以下是無直線相關(guān),0.3 以上是直線相關(guān),0.3～0.5 是低度相關(guān),0.5～0.8 是顯著相關(guān)（中等程度相關(guān)）,0.8 以上是高度相關(guān)。

2.1 拉伸粘結(jié)強度與吸水量相關(guān)性

拉伸粘結(jié)強度為水泥基膠粘材料的最主要的性能指標，將拉伸粘結(jié)強度、浸水后拉伸粘結(jié)強度及吸水量檢測結(jié)果繪制成為組合折線圖，并計算相關(guān)性系數(shù)，見圖1。

圖1 浸水后拉伸粘結(jié)強度與吸水量檢測結(jié)果

由圖1 可直觀地觀察到，30min 吸水量和240min 吸水量圖形變化趨勢基本趨于統(tǒng)一，拉伸粘結(jié)強度與浸水后拉伸粘結(jié)強度變化趨勢基本統(tǒng)一，而拉伸粘結(jié)強度及浸水后拉伸粘結(jié)強度與吸水量變化趨勢在部分區(qū)域出現(xiàn)較大差異。

相關(guān)性系數(shù)見表2：

表2 拉伸粘結(jié)強度與吸水量相關(guān)性

2.2 拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度相關(guān)性

拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度都屬于水泥基粘接材料的主要力學指標，故將拉伸粘結(jié)強度及抗壓強度檢測結(jié)果繪制為組合折線圖，見圖2。

由圖2 可直觀地觀察到，小部分區(qū)域拉伸粘結(jié)強度變化趨勢與抗壓強度的變化趨勢有差異，大部分區(qū)域的變化趨勢趨于一致，通過計算相關(guān)性系數(shù)得到ρ=0.46，屬于低相關(guān)度。

圖2 拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度檢測結(jié)果

2.3 抗壓強度與吸水量相關(guān)性

抗壓強度與吸水量同樣與成型后試樣的密實程度有重要聯(lián)系，故將其繪制成為組合折線圖，并計算相關(guān)性系數(shù)，見圖3。

圖3 抗壓強度與吸水量檢測結(jié)果

由圖3 可直觀地觀察到，小部分區(qū)域抗壓強度與吸水率的變化趨勢相同，大部分區(qū)域的變化趨勢趨于相反，相關(guān)性系數(shù)計算結(jié)果見表3：

表3 抗壓強度與吸水量相關(guān)性

3 結(jié)果與討論

通過以上檢測結(jié)果比對，我們可以得出屬于“低相關(guān)度”以上相關(guān)性的項目，見表4。

表4 拉伸粘結(jié)強度與吸水量相關(guān)性

3.1 抗壓強度與吸水量負相關(guān)原因分析

抗壓強度及吸水量與成型試件內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)有重要關(guān)系，在水泥基材料水化過程當中，試件中的自由水逐漸減少，進而轉(zhuǎn)變成為水化產(chǎn)物C-S-H，而原本應該是水的空間沒有被水化產(chǎn)物填充，從而形成了毛細孔，水泥基材料吸水特性的模型基礎(chǔ)為多孔介質(zhì)的毛細吸收理論。

根據(jù)劉偉等[1]對混凝土毛細吸水性的影響研究，影響水泥基材料的吸水量的主要因素是水灰比和摻和料。隨著水灰比下降，水化產(chǎn)物能夠更好地填補水分原本的空間，造成試件內(nèi)部孔隙率減少，從而使吸水性下降；適當加入粉煤灰、硅灰等摻和料后試件的吸水性減小，這是因為摻和料可以替代部分水泥，降低了試件內(nèi)部的孔隙率。

綜上所述，抗壓強度及吸水量與試件密實度（即內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)）有關(guān)，密實度越好，抗壓強度越高，吸水量越低，結(jié)論與相關(guān)性系數(shù)計算結(jié)果相符，抗壓強度與30min吸水量、240min吸水量都呈顯著負相關(guān)。

3.2拉伸粘結(jié)強度與浸水后拉伸粘結(jié)強度顯著相關(guān)原因分析

水泥基膠粘材料的組分主要有：水泥、摻和料、可再分散膠粉、纖維素醚等。

根據(jù)王恒煜等[2]對于瓷磚膠各組分對拉伸粘結(jié)強度的影響研究，水泥顯著影響拉伸粘結(jié)強度，呈正相關(guān)關(guān)系，主要因素為強度及用量，即水泥用量增大，拉伸粘結(jié)強度增大，水泥強度增大，拉伸粘結(jié)強度增大。

對于水泥、摻和料等無機組分，通過掃描電鏡對比標準養(yǎng)護和浸水處理時的界面[6]，雖然浸水處理后水化更加完全，但是整體結(jié)構(gòu)松散，造成整體強度低于標準養(yǎng)護。

對于高分子聚合物，浸水處理時水分會浸入分子基體當中，使得基體由于分子鍵間的距離過大發(fā)生溶脹，伴隨著水分的擴散，水分子在基體內(nèi)部產(chǎn)生的滲透壓會導致聚合物內(nèi)部由于機械應力而出現(xiàn)裂紋[5]，造成整體強度低于標準養(yǎng)護。

綜上所述，水泥基膠粘材料在經(jīng)過浸水處理之后，表現(xiàn)出使拉伸粘結(jié)強度降低的現(xiàn)象，但由于水泥品種、水泥強度、摻和料、高分子添加劑等材料的用量不同，影響程度具有一定的差異，表現(xiàn)相關(guān)度為顯著相關(guān)。

3.3 拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度低相關(guān)度原因分析

拉伸粘結(jié)強度除了與水泥強度及用量有直接相關(guān)，材料中添加的可再分散膠粉、纖維素醚等材料同樣對拉伸粘結(jié)強度起著至關(guān)重要的作用。

水泥砂漿的抗壓強度同樣受到水泥用量和強度的直接影響，這就直接決定了拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度具有相關(guān)聯(lián)性。添加可再分散膠粉雖然可以有效提高水泥基膠粘劑的柔韌性和拉伸強度，但是根據(jù)趙建成等[3]的研究，可再分散膠粉用量增加會導致水泥基材料出現(xiàn)抗壓強度減小的情況。此外，在郅真真等[4]對于纖維素醚改性水泥砂漿力學性能的研究當中，同樣發(fā)現(xiàn)了纖維素醚的加入會導致試件28d抗壓強度下降的情況出現(xiàn)。

綜上所述，雖然水泥的強度和用量與拉伸粘結(jié)強度和抗壓強度的都呈正相關(guān)，但是由于水泥基粘結(jié)材料的主要組分中還添加了可再分散膠粉和纖維素醚這兩種會使抗壓強度下降的組分，即使使用相同強度和用量的水泥，如果添加了不同品種或用量的高分子添加劑，也會造成抗壓強度不同的現(xiàn)象，結(jié)論與相關(guān)性系數(shù)計算結(jié)果相符，表現(xiàn)為水泥基膠粘材料的拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度雖然呈正相關(guān)，但是僅是低相關(guān)度。

4 結(jié)論

⑴受到水灰比和摻和料對內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的影響，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，表現(xiàn)為抗壓強度越高，吸水量越低，表現(xiàn)為顯著負相關(guān)，抗壓強度與吸水量相關(guān)性系數(shù)為：-0.78（30min）及-0.69（240min）；

⑵不同組分均對浸水處理后的拉伸粘結(jié)強度有不同程度的影響，造成拉伸粘結(jié)強度下降。但由于不同廠商的配方，如水泥、摻和料、可再分散膠粉、纖維素醚等添加材料不同，造成影響不完全相同，表現(xiàn)為顯著相關(guān)，拉伸粘結(jié)強度與浸水后拉伸粘結(jié)強度相關(guān)性系數(shù)為0.66；

⑶受到可再分散膠粉和纖維素醚的影響，相同水泥品種和用量的試件表現(xiàn)為抗壓強度下降，拉伸粘結(jié)強度上升。由于添加的可再分散膠粉和纖維素醚用量和品種不同，造成的負面影響程度不一，表現(xiàn)為拉伸粘結(jié)強度與抗壓強度呈低相關(guān)度，相關(guān)性系數(shù)0.46。