摘 要：本文以物理化學(xué)表面與界面及熱力學(xué)基礎(chǔ)理論入手，對陶瓷巖板瓷磚的濕鋪貼固著機制及原理進行分析、討論和論證。建立了巖板瓷磚與粘合材料由液-固到固-固界面轉(zhuǎn)變的思維模型。提出了巖板瓷磚與粘合材料的粘結(jié)界面、粘結(jié)強度、粗糙度等名詞概念的內(nèi)涵。通過論證得出：巖板瓷磚與粘合材料的粘結(jié)界面是一個既不穩(wěn)定又脆弱的剛性界面，這種界面特質(zhì)又是自然現(xiàn)象、客觀存在；因此，巖板瓷磚的濕鋪貼存在著‘不可抗拒的’質(zhì)量風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：表面；界面；粘結(jié)界面；縮脹效應(yīng)；空壓效應(yīng)；粗糙度

1引言

巖板瓷磚的鋪貼技術(shù)有很多種，其中濕鋪貼是最主流的技術(shù)工藝。濕鋪貼就是使用水泥砂漿及其復(fù)配物，將巖板瓷磚粘合在地面或墻面上。

巖板瓷磚只有經(jīng)過鋪貼，才能具備其使用價值。優(yōu)質(zhì)的鋪貼質(zhì)量可以賦予巖板瓷磚的裝飾、加固和增值的使用功能。

探討、了解和掌握巖板瓷磚濕鋪貼的基本理論和原理，是優(yōu)質(zhì)濕鋪貼的基礎(chǔ)常識和基本技能。

2 術(shù)語釋義（物理化學(xué)基本概念）

2.1 表面

狹義表述：凝聚態(tài)物質(zhì)（液體或固體）與其飽和蒸氣達成平衡時fCHAb+RGqKx/l8E6S6hD0Q==，在兩相緊密接觸、約有幾個分子厚度的過渡區(qū)，稱為該凝聚態(tài)的表面。

廣義表述：通常將凝聚態(tài)物質(zhì)與空氣達成平衡時，在它們的兩個相面之間，約有幾個分子厚度（納米級）的緊密接觸的過渡區(qū)（層），也稱之為：該凝聚態(tài)的表面。嚴格來講，這是一種氣-液或氣-固界面。

從習(xí)慣上來講，我們將液體或固體與空氣的界面稱之為液體或固體的表面，表面也是一種特殊的界面。

2.2 界面

界面是指：兩個凝聚態(tài)物質(zhì)的兩個相面接觸時，約有幾個分子（納米）厚度的過渡區(qū)或過渡層。（若其中的一個相是氣體，這種界面通常稱之為表面）

界面的種類：氣-液，氣-固，液-液，液-固，固-固。

表面和界面是兩個不同的物理學(xué)概念，有著不同的物理化學(xué)特征和性質(zhì)。對巖板瓷磚與粘合材料的表面、界面的認識和探究，以及對研究巖板瓷磚與粘合材料所形成的粘結(jié)界面特征的認識和探究，有著深刻的現(xiàn)實意義。

2.3 潤濕

潤濕是指：在固體表面上，一種液體取代另一種與之不相混溶的流體的過程。

不同的固體表面能否被潤濕，需要一定的條件。那就是：潤濕前的固體表面的自由能＞潤濕后的固體表面的自由能，且被潤濕后的固-液界面的自由能＞原固體表面的自由能。

研究巖板瓷磚的表面可否被粘合材料所潤濕，是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的粘結(jié)界面的必備條件。

2.4 吸附

吸附是指：異相原子或分子附著在固體表面上的現(xiàn)象。吸附可導(dǎo)致固體表面的自由能降低，固體表面力場趨于穩(wěn)定。

2.5 固體表面自由能

表面自由能又簡稱‘表面能’。是一種廣泛存在的微觀自然現(xiàn)象。

物化熱力學(xué)認為：新創(chuàng)建的固體表面是不穩(wěn)定的，表面上存在著力場。這個力場是由各種不同性質(zhì)的力所構(gòu)成的微觀立體空間。例如，固體表面的原子、分子具有不飽和鍵，能吸引、吸附其它原子或離子，發(fā)生物理或化學(xué)變化。又例如，組成固體表面的物質(zhì)中的分子、微粒、粒子基團等具有極性，可產(chǎn)生靜電引力或排斥力，可與其它相面的物質(zhì)產(chǎn)生潤濕、吸附、沉積、凝固、化合等作用。

由于固體表面上力場的作用，可以產(chǎn)生出新的界面或表面。

巖板瓷磚的鋪貼表面就是這種‘固體表面’，具備固體表面的所有特質(zhì)，又有其不同的特征。深入對巖板瓷磚鋪貼表面的探究，有助于其鋪貼質(zhì)量的提高。

2.6 表面張力

凝聚態(tài)物質(zhì)表面力場的一種綜合表現(xiàn)行為，可以直觀的描述為一種力：表面張力。不同質(zhì)地的固體表面，其表面張力的大小和特質(zhì)各不相同。

巖板瓷磚鋪貼表面的表面張力也是大不相同的，會嚴重地影響其與粘合材料的粘結(jié)牢度。

以固體表面上的液體和空氣為例：可形成固體、液體兩個表面和液-固一種界面。液體在固體表面能否自由地鋪展?jié)櫇耖_來，是液體和固體表面張力的綜合體現(xiàn)。若鋪展順暢則稱之為綜合表面張力小，它們的液-固界面的力場或自由能級降低，液-固界面達到穩(wěn)定。

2.7 范德華力

范德華力也稱之為分子間的作用力。就固體而言，是固體表面所具有的一種重要的力場作用。也是凝聚態(tài)物質(zhì)的界面得以存在的熱力學(xué)基礎(chǔ)。

范德華力有以下描述形式：

（1）定向力：兩個極性分子之間的靜電引力，力度相對較強。

（2）誘導(dǎo)力：極性分子誘導(dǎo)非極性分子產(chǎn)生極性，進而產(chǎn)生的靜電感應(yīng)引力，力度相對較弱。

（3）分散力：非極性分子之間的相互吸引力，力度相對更弱。

（4）氫（H）鍵：氫原子之間的電性引力，力度相對很弱。

凝聚態(tài)物質(zhì)間的范德華力是沒有化學(xué)鍵鍵合的，相對于凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的共價鍵、離子鍵而言，范德華力的鍵能很微弱。

范德華力還有一個特征：就是其鍵能很不穩(wěn)定，會隨外界因素的變化而發(fā)生變化。例如，水分子（H2O）會在不同的溫度下呈現(xiàn)出固體、液體、氣體三種形態(tài)。

2.8 粘結(jié)界面

液態(tài)物質(zhì)在固態(tài)物質(zhì)表面鋪展、潤濕、吸附、沉積、凝固所形成的界面。粘結(jié)界面可以是柔性界面，也可以是剛性界面。

一個優(yōu)質(zhì)的粘結(jié)界面應(yīng)該具備諸多的特質(zhì)因素：如較大場強的定向力和誘導(dǎo)力，決定著粘結(jié)界面的強度；界面的剛?cè)嵝詻Q定著粘結(jié)界面的牢度；構(gòu)成界面的粘合物與被粘合物的特質(zhì)，決定著粘結(jié)界面的壽命。

巖板瓷磚的濕鋪貼應(yīng)用，就是要追求得到一種優(yōu)質(zhì)的粘結(jié)界面。

2.9 固化粘結(jié)

凝聚態(tài)物質(zhì)間所形成的固-固界面，可稱之為固化粘結(jié)。例如在鋼鐵（Fe）的表面電鍍鉻（Cr）的金屬層；水泥砂漿與巖板瓷磚的濕鋪貼粘合等。

形成固化粘結(jié)的兩種固體物質(zhì)，在其自身固化時可以產(chǎn)生溶化、熔融、結(jié)晶、鍵合、交聯(lián)等反應(yīng)，但在二者之間的固-固界面上并沒有這些反應(yīng)發(fā)生，而是由粘結(jié)界面轉(zhuǎn)化來的固-固界面在起作用。

3 巖板瓷磚的濕鋪貼性能

巖板瓷磚的濕鋪貼性能取決于其鋪貼表面的特征，其表面特征決定著形成粘結(jié)界面的優(yōu)劣。

巖板瓷磚理想的鋪貼表面特征因素：表面能，強度，粗糙度，吸水率，縮脹率、平面度等。

3.1表面能

較高的表面能級可產(chǎn)生較強的表面力場，有利于優(yōu)質(zhì)的粘結(jié)界面的產(chǎn)生。巖板瓷磚的表面能級主要取決于其組成配方和制作工藝，巖板瓷磚主要由硅酸鹽構(gòu)成。研究表明：硅酸鹽表面吸附水膜可形成硅醇基團，硅醇基團是一種具有活性和極性的基團，可與粘合劑材料形成一定強度的粘結(jié)界面。

要追求巖板瓷磚有較理想的鋪貼質(zhì)量，就要在產(chǎn)品組成配方中加入可產(chǎn)生強極性能級的元素，如鉀（K）、鈉（Na）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等金屬礦物質(zhì)元素。

3.2強度

較高的表面強度有利于粘結(jié)界面的穩(wěn)固。

3.3粗糙度

巖板瓷磚鋪貼表面的粗糙度是相對于其使用光面而言的。粗糙度即鋪貼表面的起伏程度。相對于其使用光面，鋪貼表面最大特征有兩個：一是具有凹凸起伏的表面，二是延展后其表面積的增加。

某產(chǎn)品的規(guī)格確定時，其使用面積亦確定。延展開來的鋪貼表面積，其值大者受到的粘接力就大。

粘結(jié)強度（fat）、粘結(jié)力（F）、粘結(jié)面積（Az）之間的關(guān)系：

fat = F/Az F = fat×Az

要追求鋪貼表面積越大，就要將鋪貼面的圖案（背紋）制作的越復(fù)雜、凹凸起伏（背紋深度）越大。

受巖板瓷磚沖壓成型生產(chǎn)技術(shù)的制約，背紋圖案越復(fù)雜、背紋深度值越大，巖板瓷磚的沖壓坯體的脫模就越困難，坯體的強度就會變差，燒制后的變形就會越大。

巖板瓷磚鋪貼表面的粗糙度是一個相對值，可以用下面公式表示：

Sc = λ（S2 - S1） / S1

Sc：粗糙度值

λ：凹深系數(shù)值，實際可檢測得到。

S2：背紋表面積值，可計算得到。

S1：光面表面積值，可計算得到。

國標GB/T 4100-2015《陶瓷磚》規(guī)定：瓷磚背紋紋路設(shè)計時其凹凸值應(yīng)≥0.7mm。

若巖板瓷磚背面沒有紋路時，兩面表面積相等：

則 S2 = S1， Sc = 0，即λ= 0

所以上式中凹深系數(shù)λ應(yīng)為正數(shù)，取值范圍：λ≥0，或≥0.7。

巖板瓷磚鋪貼表面的粗糙度值Sc，可以作為其一項重要的質(zhì)量指標，應(yīng)用于生產(chǎn)質(zhì)量管理之中。生產(chǎn)廠商應(yīng)將實際粗糙度值予以標注，可為消費者提供一種鋪貼質(zhì)量優(yōu)劣的參考選項。

3.4吸水率

巖板瓷磚的吸水率是其一項重要的質(zhì)量指標，同時也是其鋪貼性能優(yōu)劣的重要指標。

國家標準GB/T4100-2015《陶瓷磚》中，根據(jù)吸水率（E）的不同將陶瓷磚進行了分類：

陶瓷磚產(chǎn)品因為不同的吸水率，標志著其產(chǎn)品生產(chǎn)時原料、工藝、強度等指標的不同。用戶可以依據(jù)其不同的吸水率，選擇不同的陶瓷磚品種使用在不同的場合。

陶瓷磚產(chǎn)品之所以有不同的吸水率，說明陶瓷磚的表面和磚體中，存在著不同數(shù)量、相互連通的空穴、空隙和裂痕等表象，這種表象我們稱之為‘毛細管結(jié)構(gòu)’。毛細管結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生吸附流體的‘毛細管效應(yīng)’。

用于粘合陶瓷磚的水泥砂漿中，主要是由硅酸鹽的氧化態(tài)成分構(gòu)成。在水的溶解作用下，可以nGVNYgeQ8CeO7Dx9eszYig==從水泥中溶出大量的‘水玻璃（Na2O.nSiO2）’和‘硅溶膠（mSiO2.nH2O）’之類的物質(zhì)。這種硅溶膠類物質(zhì)的大小是分子量級（10--20納米）的，可以隨水滲透到毛細管結(jié)構(gòu)之中，水分蒸發(fā)后可以Si-O健相結(jié)合，形同‘毛細草根’一樣，相互牢固結(jié)合、粘接在一起。這種硅溶膠類物質(zhì)就是優(yōu)良的無機粘接劑。

巖板瓷磚的吸水率普遍較低，因此巖板瓷磚的毛細管效應(yīng)差，其濕鋪貼性能就較差。

巖板瓷磚的吸水率指標可以通過檢測得出，企業(yè)可以將其檢測數(shù)據(jù)標明在外包裝上，同時，也可為消費者提供一種鋪貼方式方法的選擇參考。

巖板瓷磚吸水率國標檢測標準為GB/T 3810.3-2016《陶瓷磚試驗方法》第3部分：吸水率的檢測。

3.5縮脹率

巖板瓷磚的縮脹率是其重要的自然屬性，縮脹率的大小關(guān)乎著其鋪貼性能及使用功能的實現(xiàn)。

自然界中物質(zhì)的形態(tài)會因為外界的條件變化而發(fā)生形態(tài)變化。巖板瓷磚同樣會因為溫度、濕度等因素的改變，產(chǎn)生伸縮或膨脹的形態(tài)改變，這種形態(tài)變化稱之為巖板瓷磚的‘縮脹效應(yīng)’。這種縮脹效應(yīng)是可逆的，是可以反復(fù)發(fā)生或出現(xiàn)的。

α = 單位長度的材料溫度每升高一度的伸長量

實驗表明，相同材料的縮脹效應(yīng)，會因其密度、形態(tài)、線性尺寸等因素產(chǎn)生差異。說明同種材料的縮脹效應(yīng)還存在著‘各向差異性’。

例如，相同規(guī)格相同條件下的巖板瓷磚，因其內(nèi)部密度的不同，它們的縮脹值會有差異，密度值高者縮脹值也會高。

又例如，不同規(guī)格相同條件下的巖板瓷磚，線性尺寸較大者縮脹值也會較大。

又例如，同一片巖板瓷磚，因其鋪貼面與光面表面積的大小不同，它們的縮脹值也會存在差異，表面積大者縮脹值也大。

巖板瓷磚在受到溫度和濕度的改變時，都會發(fā)生不同程度的收縮和膨脹，這是兩種不同性質(zhì)的縮脹效應(yīng)。因此，巖板瓷磚的縮脹就分為熱縮脹和濕縮脹兩種形式。

熱縮脹：由于受溫度的變化而產(chǎn)生的縮脹效應(yīng)。

濕縮脹：由于受濕度的變化而產(chǎn)生的縮脹效應(yīng)。

縮脹率：相同材料的巖板瓷磚，在不同條件下的膨脹或收縮的變化程度。

雖然巖板瓷磚受濕度的變化會產(chǎn)生縮脹效應(yīng)，但其吸水率的大小不能代表縮脹率的大小。

巖板瓷磚的縮脹率是其鋪貼性能的最大影響因素之一。

巖板瓷磚縮脹率的大小，是其使用壽命長短的重要指標之一。

巖板瓷磚縮脹率越小，對鋪貼表面所形成的粘結(jié)界面的損害就越小，巖板瓷磚的粘合牢度保持的時間就會越久。

巖板瓷磚的縮脹率可以通過檢測得出，企業(yè)應(yīng)將其檢測數(shù)據(jù)標注在外包裝上，也可為消費者提供一種鋪貼方式方法的選擇參考。

巖板瓷磚縮脹率國標檢測標準：

GB/T 3810.8-2016《陶瓷磚試驗方法》第8部分《線性膨脹系數(shù)》

GB/T 3810.10-2016《陶瓷磚試驗方法》第10部分《濕膨脹系數(shù)》

3.6平面度

巖板瓷磚的平面度是指：巖板瓷磚上下兩個表面是否平行，及每個表面應(yīng)在同一個平面內(nèi)。就其鋪貼表面而言，要求其中間、四角、四條邊應(yīng)在同平面內(nèi)，且不得有凹凸起翹等缺陷。

若巖板瓷磚的平面度不好，例如鋪貼面凹陷（或光面鼓起），鋪貼后的磚板因其自身的彈性形變，會對粘結(jié)界面造成破壞。

巖板瓷磚形態(tài)尺寸的檢測應(yīng)遵照國標檢測方法標準：

GB/T 3810.2-2016《陶瓷磚試驗方法》第2部分《尺寸和表面質(zhì)量的檢驗》。

4.粘合材料的鋪貼性能

粘合材料的鋪貼性能應(yīng)集中體現(xiàn)在它的界面粘接性能上，而非其凝固后的自身強度。凝固后的自身強度好，不代表其界面粘結(jié)力就大、粘接能力就好。也不代表其形成的粘結(jié)界面就一定是優(yōu)良的。

品質(zhì)優(yōu)良的粘合材料應(yīng)具備：強極性、親和力、剛?cè)岵?、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等特質(zhì)。

4.1強極性

粘合材料中應(yīng)富含極性分子及其化合物，能與巖板瓷磚鋪貼表面的極性分子相配伍并形成廣泛的范德華力，這是粘結(jié)界面牢度的源泉。粘合材料的極性強粘結(jié)力就強。

根據(jù)相似相溶原理，優(yōu)質(zhì)的水泥砂漿就是一種優(yōu)良的無機粘合材料。水泥砂漿中添加少量的無機或有機粘接劑、添加劑，可以部分增強其粘結(jié)力、柔韌性等各項指標。

4.2親和力

親和力即對巖板瓷磚表面的潤濕、鋪展、附著的能力。 粘合材料形成的的液體表面，相對于巖板瓷磚表面的表面張力要小。要有一定比例的親水基團的表面活性劑，例如有機磺酸鹽類等，可有效降低液-固界面的表面張力和能級。

4.3剛?cè)岵?/p>

巖板瓷磚與粘合材料最終形成的是固-固粘結(jié)界面，兩個密度不同的固體，所形成界面的縮脹效應(yīng)是不同步的。通常巖板瓷磚的縮脹會大于粘合材料，這就要求粘合材料的凝固體能隨巖板瓷磚的縮脹而縮脹。

如何降低它們之間的縮脹差，是優(yōu)質(zhì)粘合劑應(yīng)具備的特質(zhì)之一。

4.4穩(wěn)定性

粘合材料的穩(wěn)定性有兩個方面內(nèi)容，一是材料自身的穩(wěn)定性，二是凝固過程及使用過程的穩(wěn)定性。

材料自身穩(wěn)定性：耐儲存、不變質(zhì)，不降解、不漂油，無氣泡。

使用過程的穩(wěn)定性：使用條件寬泛、操作工藝簡單。粘結(jié)強度、縮脹率長期穩(wěn)定。

4.5經(jīng)濟性

無污染，易操作，低成本，有售后。

5.巖板瓷磚與粘合材料的鋪貼

巖板瓷磚與粘合材料鋪貼時的粘合過程，就是由液-固界面轉(zhuǎn)化為固-固界面的過程。這個過程會存在諸多不定的因素，影響著巖板瓷磚粘結(jié)界面的質(zhì)量。

優(yōu)質(zhì)的液-固界面應(yīng)該是：均勻、連續(xù)、密實、穩(wěn)定的柔性界面層。

優(yōu)質(zhì)的固-固界面應(yīng)該是：均勻、連續(xù)、密實、穩(wěn)定且柔韌性好又堅固的剛性界面層。

長期應(yīng)用實踐表明，要達到優(yōu)質(zhì)的界面層是很困難的。巖板瓷磚與粘合材料形成的固-固粘結(jié)界面，尚存在著兩大特征急需解決：

5.1 關(guān)鍵特征1：固-固粘結(jié)界面的穩(wěn)定性較差

巖板瓷磚和粘接材料形成固-固界面后，因自身都存在著縮脹效應(yīng)，且縮脹率不同步。在單位面積上，這種缺陷會以‘界面剪切振蕩’、或類似‘界面橫波震動’效應(yīng)呈現(xiàn)。雖然這種‘震蕩、震動’釋放的能量微小，但隨著使用時間的推移，能量的積累，粘結(jié)界面將逐漸地被破壞。

粘結(jié)界面的穩(wěn)定性差是客觀存在，只要這種固-固界面存在它就會存在。

5.2 關(guān)鍵特征2：固-固粘結(jié)界面的脆弱性

巖板瓷磚和粘接材料所形成的固-固界面是一種剛性界面，或稱之為‘脆性界面’。這種界面類似于玻璃體，堅固有余、柔韌不足。加之界面上僅有范德華力的存在，極易在較小的集中應(yīng)力作用下，力鍵斷裂、剝離開來。

例如，鋪貼操作時，粘結(jié)界面上或粘合劑內(nèi)部的均勻性、連續(xù)性、密實性是難以做到的，這其中會造成空氣的儲存或聚積。大規(guī)格、大面積鋪貼時片差會更嚴重。

通常情況下，巖板瓷磚的表面都燒結(jié)著一層密實釉面層，吸水率低的鋪貼面上也處于封閉的狀態(tài)。固-固界面上存在的數(shù)量眾多、大小不一、又相對獨立的孔洞和空穴，其內(nèi)部的空氣會隨溫度的變化，產(chǎn)生不同強度的壓力，導(dǎo)致界面上產(chǎn)生上下鼓起的運動趨勢。這是一種‘界面縱波震動’的類似效應(yīng)，界面上眾多的、密集的微孔洞，每個都是一個‘微震源’。這種‘震動波’累積的能量是相當可觀的，屆某一臨界點時，可導(dǎo)致界面的崩潰。這種現(xiàn)象可稱之為‘空壓效應(yīng)’。

6 結(jié) 語

陶瓷巖板瓷磚的濕鋪貼，是一種典型的液-固、固-固界面形成的物理化學(xué)過程?！砻妗缑妗碚摽梢酝暾胤治龊兔枋鏊鼈兊恼辰Y(jié)機理。

巖板瓷磚與粘合材料所形成的固-固界面，是一種‘剛性+脆性’的界面，被稱之為‘粘結(jié)界面’。

粘結(jié)界面間存在著相互平行的‘粘結(jié)力’，相互作用在巖板瓷磚和粘合材料的固體表面上。這種粘結(jié)力的性質(zhì)屬于范德華力的范疇。

由于巖板瓷磚與固化后的粘合材料所形成表面的特殊性，會導(dǎo)致‘縮脹效應(yīng)’及‘空壓效應(yīng)’產(chǎn)生。

縮脹及空壓效應(yīng)將導(dǎo)致粘結(jié)界面既不穩(wěn)定又很脆弱，粘結(jié)界面的強度值隨時間函數(shù)呈現(xiàn)下滑趨勢，最終將導(dǎo)致粘結(jié)界面被‘剪切’崩解。

巖板瓷磚與粘合材料所形成的粘結(jié)界面的這些特征，是自然現(xiàn)象，是客觀存在。它們是共生互存的關(guān)系，只要粘結(jié)界面存在它們就會存在。

這些特征就決定著巖板瓷磚的濕鋪貼存在著‘不可抗拒的’質(zhì)量風(fēng)險。要改變這樣的質(zhì)量風(fēng)險，要么改變粘結(jié)界面，要么尋求‘外力介入’。在巖板瓷磚粘結(jié)界面上增加一種剪切抵抗力是必須的。

參考文獻

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