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陕西人造石,无机人造石——安装问题及其它

浏览: 作者: 来源: 时间:2020-06-29 分类:行业动态-右
无机人造石应用领域广范,各种大型工程如高铁站、地铁站、机场、广场、商场、学校、医院、办公大楼、市政大楼等都可以用它做地面墙面、室内室外装修。无机人造石有可能成为继陶瓷之后的第二大人造硬质面饰料。

无机人造石应用领域广范,各种大型工程如高铁站、地铁站、机场、广场、商场、学校、医院、办公大楼、市政大楼等都可以用它做地面墙面、室内室外装修。无机人造石有可能成为继陶瓷之后的第二大人造硬质面饰料。


但是,随着无机人造石的广泛使用,质量上的参差不齐,安装工艺技术的不规范导致无机人造石在应用过程中出现的问题也越来越多以致质疑无机人造石的声音开始出现。无机人造石在应用过程中出现的问题如果得不到及时有效地解决,将严重地影响无机人造石行业的发展。为此特以此文探讨无机人造石的安装问题及解决方案。                               

一、技术背景

           

从最古老的陶瓷到新兴的人造石,人造硬质面饰料在花色和性能上都不断发展创新。但是,安装方法基本上还是以下面的三种方法为主:


1.砂层法(Sand-Strata Method)


这是最古老的地面瓷砖铺贴方法。欧洲古老的教堂上世纪用这种方法铺贴的瓷砖地面现在仍保存完好。这种方法的特点是用于支撑瓷砖的砂层与地面基层并非结合在一起,这使得砂层面上的瓷砖不受地面基层变化的影响。同时,砂层又能很好地将瓷砖承受的重量均匀地分布在整个砂层上。因此这种最古老的铺贴方法能保证铺贴的瓷砖得到很好的保护。


2.砂浆床法(The Mortar-Bed Method)


砂浆床法实际上是砂层法的改进版。与砂层法不同的是用混凝土砂浆层取代了砂层,混凝土砂浆层通常是一份水泥与4-5份砂子混合成半干砂浆混凝土。它比砂层法能承受更重的负载,因而可用于铺贴大规格的地砖。


砂浆床法有两种模式:连体式(Bonded)及浮式(Floating)。这两种方式都是相对基层而言。如果基层是牢固、稳定的地面层混凝土,通常可以将砂浆床层与基层结合成一体,这就是连体式。如基层是不稳定的结构则采用“浮”式,即在砂浆床与基层间布有隔离膜,砂浆床建立在隔离膜布上,让砂浆床“浮”在基层之上,以避免因基层的不稳定而对铺贴的面砖有影响。采用“浮”式法时,通常在砂浆床内部布有铁丝网增强,


3.薄层铺贴法(Thin-set Direct-Bond Method)


60年代引进的薄层铺贴法所用的粘合剂最初是作为砂浆床法的瓷砖与砂浆床的粘合剂使用,后来演变为用这粘合剂将瓷砖直接粘结在基层混凝土上,形成了薄层铺贴法。薄层铺贴法具有很多优势,如效率高、用料省、重量轻等,逐渐成为地面瓷砖铺贴的主流工艺。但是,薄层铺贴也显示出一些问题,如平整度不易调整、不适合大规格板面安装、易受基层变化影响等等。其中,易受基层变化影响最为突出。


早期的薄层铺贴法将地砖与基层混凝土用粘合剂直接粘结起来,面砖、粘合剂与基层混凝土连成一体。对于牢固、稳定的基层,这种安装方法没有太多的问题。但是,如果基层混凝土不稳定,有开裂或有开裂的可能,那么这种基层的变化就会传递到面层材料,造成面层材料的开裂。


为了解决薄层铺贴的这个问题,薄层铺贴法采用了砂层法铺贴层与基层脱钩(Uncoupling)的原理,将粘结砂浆铺在特殊的布料层面(Cleavagemembrane or Slip sheet),以阻止粘结层直接与基层结合,达到粘结剂与地砖与基层脱钩、从而基层所发生的任何变化不影响面层的目的,

陶瓷墙地砖的铺贴似乎是简单的工作,但是欧美国家对墙地砖的铺贴有严格的规范,商业工程墙地砖的铺贴项目必须持有资质执照才能竞标。技术标准及施工规范主要由北美瓷砖协会(The Tile Council of North America, TCNA)和美国瓷砖协会(The Tile Council of America,TCA)两个协会把持。再加上安装材料由质量稳定的厂家提供,所以在墙地砖安装方面,出现的问题越来越少。但是行业内的讨论交流仍很热烈,理论的研究文章也不少,主要是应对不断加大的规格尺寸及性能各异的材料如何调整施工工艺及相应的安装材料。                                                                                                                               

二、中国无机人造石安装现状


中国的人造石行业一直快速发展,但应用技术相对滞后。究其原因,除了生产的发展大大超过应用研究的步伐外,还与行业内严重缺乏应用技术研究有关。当普遍的共性问题出现时,没有专业的研究机构系统地研究问题解决问题,对解决问题的方法过于“各抒己见”。


无机人造石这两年发展迅猛,无机人造石应用被越来越多的设计师所采用。可以预见,无机石的绿色特性将会使其具有巨大的市场空间。但是,与树脂人造石应用过程中出现的许多问题一样,无机石的应用也随着应用的广泛出现的问题越来越多,特别是地面安装出现的问题已经到了非认真对待不可,否则将对行业的发展造成负面影响的地步


无机人造石地面安装经常出现的质量问题主要是空鼓、翘曲、开裂、返碱等四大现象,本文尝试对无机人造石地面安装出现的问题进行探讨,希望能达到抛砖引玉的目的。


1.无机人造石的地面安装方法

   

根据中国石材协会制定的《无机型人造石应用技术规程》,无机人造石的地面安装分为硬底法与软底法。硬底法就是用粘合剂将地砖直接粘贴到已经硬化的混凝土基层上,浆层的厚度为5mm左右。硬底铺贴法对应于欧美的薄层铺贴法。这种铺贴方法由于浆层薄,能调整的厚度有限,所以要求基层有较高的平整度。


按欧美的薄层铺贴工艺,不同规格不同重量的地砖需要用不同的砂浆,超过400x400mm的地砖或只要有一条边超过400mm的瓷砖或天然石材规格板材,都属于大规格板材(Large formattiles),都需要大规格板材专用砂浆,大规格板专用砂浆在配方上要考虑承重及减少收缩因素。在国内,400x400的无机石规格板已经很少用,绝大部分都是600x600mm以上,但是在采用硬底铺贴法时,却很少有人意识到在选择砂浆粘合剂时是否有什么不同或是否有用于不同板面规格的砂浆粘合剂的存在。


无机人造石地砖的另一种铺贴方法叫软底铺贴法,见图7,对应的是欧美的砂浆床法。但欧美的砂浆床法比软底铺贴法规范更细致,如砂浆床法有视基层牢固和稳定程度规范采用连体式或“浮式”,有规范什么情形下砂浆床内部必须用钢丝网增强,有规范砂浆床的厚度(3-125px)。这些规范在我们的软体铺贴法中都没有规范的。这种相对细致的规范对于避免地砖在特殊环境下可能出现的问题是有帮助的。


2.无机人造石地面安装常见的质量问题


无机人造石安装最常见的问题是空鼓、翘曲、开裂、返碱。这些问题出现的机率随机性很高:同一人造石用在某一工程地面没问题,同一人造石应用于另一工程地面却出了质量问题;同一工程用某一人造石没问题,改用另一人造石却出了质量问题。这种出现问题的随机性几乎是树脂人造石应用出现问题的翻版。


无机人造石兴起之初,人们把它当成是一种介于混凝土与天然石材之间的材料。以对混凝土的了解及把持着几十年天然石材安装的经验,人们认为无机人造石的应用是轻车熟路的事。但是让无机人造石石行业始料不及的是,出身于混凝土的无机人造石不但比天然花岗石矫情,也比混凝土娇气,一不如意就空鼓、翘曲、甚至开裂。


无机人造石与混凝土具有很接近的线性膨胀系数(见表1),无机人造石安装于混凝土基层面应与混凝土具有较好的热力性能兼容性,为什么无机石安装于混凝土基层仍出现许多问题呢?


3.无机人造石地面安装出现问题的原因


无机人造石安装出现的空鼓、翘曲、开裂都与应力-应变有关。所以有必要了解应力(Stress)与应变(Strain)的关系。

如下图所示,当一个圆柱体受到拉力F作用时,材料内部产生的应力σ可以表示为

σ= F/A0                    (1)

A0为圆柱的界面积。

在力F作用下圆柱体的长度被拉长,拉长的变量为∆L,材料产生的应变ε

ε=  ∆L / L0               (2)

在同样的力作用下,有的产生很大的应变 --- 如橡胶,有的产生很小的应变 --- 如玻璃。某种材料在力的作用下应变的大小用弹性模量E来衡量

E = σ / ε               (3)

表2是几种常见建筑材料的弹性模量

在相同的应力下,弹性模量越大的材料变形越小,这种材料属于刚性材料,反之则是弹性体材料。从表中数据可以看出,三种最常用硬质面饰料的弹性模量大小次序是陶瓷 >花岗石 >无机人造石(高强度混凝土)。这表明,在同样的应力下,陶瓷的变形最小,无机人造石的变形最大;或是同样的变形程度,无机人造石所需的应力最小,陶瓷需要的应力最大。即陶瓷的刚性高于花岗石,而花岗石的刚性高于无机人造石。


现在来分析应力、应变如何影响硬质地面安装。


在硬质地面安装中,基层、粘结层、硬质地面材料构成一个体系。其中硬质地面材料可以是陶瓷、天然石材、或人造石。在基层、粘结层、硬质地面材料构成的体系中,由于各层的材料不同,状态不同,受到温度、湿度、机械运动等外部因素影响所产生的应力也不相同。如果我们把讨论的焦点放在地砖与粘结材料这部分,我们不难发现,地砖受到的应力除了温度及湿度的变化产生的应力外,最大的应力来自粘结层在固化过程中收缩所产生的应力,这包括拉伸应力及压缩应力。此外,地砖与粘结层界面间还有剪切应力,粘结层与混凝土基层间的界面也有剪切应力。如果是软体铺贴法,粘结层与半干砂浆层间也有剪切应力。这是一个复杂的力学体系。


如果基层是稳定牢固的,那么影响安装结果主要是粘结层与地砖这个力学体系。在无机人造石安装工艺中,粘结无机人造石地板的粘结材料通常是水泥基粘合剂。水泥基粘结材料在固化过程中产生的收缩给板材施加拉伸应力或压缩应力,不管是拉伸应力或压缩应力,一旦超过了板材强度极限,板材就会破裂。

    

粘结层与板材间的剪切应力差则是导致空鼓及翘曲的主要原因。这里我们分别考虑两种情况:一个是具有较大弹性模量的板材,即刚性较强的板材。在这种情况下,粘结层与板面间的剪切应力差不足于使板材变形,释放应力最好的途径是粘结剥离,这就是我们看到的空鼓现象。另一种情况是弹性模量较小的板材,即刚性不强的板材。在这种情况下,粘结层与板面间的剪切应力差足于使板材变形,释放应力最好的途径是板材变形,这就是我们看到的板面翘曲。

    

以上的分析很好地解析了为什么与天然花岗石或瓷砖相比,天然花岗石或瓷砖安装出现问题主要是空鼓,翘曲现象较少。但是无机人造石安装空鼓、翘曲两种现象都比较普遍。原因是天然花岗石与瓷砖是弹性模量大的材料,即刚性强。相对天然花岗石或瓷砖,混凝土属性的无机人造石弹性模量较低,刚性不如天然花岗石或瓷砖。再加上无机人造石因工艺技术差异,养护条件及养护时间的差异,生产出的无机人造石性能差异较大,导致在同一安装条件下弹性模量较高的无机石出现空鼓,而弹性模量低的人造石有空鼓、也有翘曲现象。

    

至于为什么同一人造石用在某一工程地面没问题,同一人造石应用于另一工程地面却出了质量问题;同一工程用某一人造石没问题,改用另一人造石却出了质量问题。这种出现问题的随机性除了与产品的质量有关外,与安装材料、安装工艺关系重大。如粘结层及半干砂浆床的材料、厚度、砂浆中水泥与砂子比,水灰比都有很大关系。


4.无机人造石地面安装出现问题的解决方案探讨


1). 产品质量


性能优良的无机人造石是保证安装质量的前提。


影响无机人造石安装质量的因素很多,但最主要的是无机人造石自身的质量问题。而无机人造石的各种性能指标中,影响安装最主要的指标是板材的吸水率及弯曲强度。


无机人造石的吸水率可以分为特征吸水率与表观吸水率。特征吸水率是板材的特征性能,是未经任何制造后处理(人为干预)的吸水率,只与配方及生产工艺有关。特征吸水率越大,板材受湿膨胀的应力也就越大,就越容易变形,而且容易返碱。低吸水率的板材尺寸稳定性相对好,不容易返碱,耐污性较高,可以降低产品使用的维护成本。


表观吸水率是板材经过后期的防水处理后表现的吸水率。特征吸水率很高的板材,经过防水处理后,其表观吸水率可以很低。但如果不持续护理,表观吸水率将会逐渐回归特征吸水率。无机人造石通常用GB/T 35160.1-2017标准检测吸水率,GB/T 35160.1-2017标准对检测样品要求是:“试验表面应不进行防护、涂胶等相关处理”,即检测应该是特征吸水率而不是表观吸水率。


无机人造石弯曲强度是影响铺贴安装质量的另一个主要因素。水泥混凝土基的无机人造石一般都会有足够的压缩强度,但是作为脆性的材料,无机人造石的弯曲强度通常不高,而且因工艺、配方、养护条件、养护时间的不同所生产出来的无机人造石其弯曲强度相差可以很大。弯曲强度的大小直接反映材料受力时承受形变的能力。弯曲强度越大,说明使该材发生一定应变所需要的应力越大。因为无机人造石能承受的形变很小,所以弯曲强度大的板材一般其弹性模量也大。


两块弯曲强度不同的板材在铺贴地面安装时,水泥基粘结材料固化收缩对这两种板材有不同的结果。我们假设粘结材料固化收缩对两块板所产生的应力相同,对于弯曲强度高的板材,它的弹性模量大,不容易变形,在这种情况下,体系释放应力最好的途径是弱化界面粘结强度,当弱化界面粘结强度达到一定程度时,界面分离,这就是我们说的空鼓。弯曲强度高的板材,安装时出现问题一般是空鼓,但这不是板材的质量问题,而是安装材料与安装工艺的问题。


对于弯曲强度低的板材,因其弹性模量也低,在这种情况下,体系释放应力的途径可以是弱化界面粘结强度,也可能是使板面变形或破裂。所以弯曲强度低的板材安装时出现的问题是多样化及复杂化,即有空鼓,也有翘曲变形或开裂。


翘曲、变形及开裂通常与板材质量有关,也与安装材料及工艺有关。一般来说,质量好的板材,有一定的空间允许安装犯错误而不至于出现严重的质量问题;而质量差的板材,安装允许犯错误的空间就很小,否则就会出现严重的安装质量问题,比如吸水率很低的板材在某一安装材料及安装工艺下没有问题,但是,高吸水率的板材在同样的安装材料及安装工艺上则出了问题,这是因为板材所受的应力具有叠加性。低吸水率的板材在安装时受到的应力可能只有粘结材料固化产生的应力。但是,高吸水率的板材所受到的应力除了粘结材料固化产生的应力外,还有因吸水膨胀产生的应力。

所以提高无机人造石的性能是保证安装质量的前提。


2). 安装工艺的设计及安装材料的选择


无机人造石安装由于板面规格大,重量重,合适的安装方法应是砂浆床法——即软底铺贴法。但随着安装出现问题较为频繁,人们把问题的出现归结于软体安装方法,于是出现了用硬底铺贴法—即薄层铺贴法安装大规格无机人造石。用薄层铺贴法安装大规格的无机人造石板材地面并不是理想的方法。除了成本高、工期长外,大规格的板面用薄层砂浆不易找平,安装难度大。有时用软底铺贴法出问题,换用了薄层铺贴法后问题解决了。其实这不是软体铺贴法不适用,而是安装工艺及安装材料选择出了问题。


如应力-应变所分析,硬质地面材料安装所出现的空鼓、翘曲、变形、开裂都与地板砖所受的拉伸、压缩应力及地板砖与粘贴材料之间界面的剪切应力差有关。事实上材料性能或结构上的任何形式失效都与应力-应变有关。地板铺贴应力源主要是温度、湿度的变化及粘结材料固化产生的收缩。如板材的吸水率控制在较低的范围,则地板铺贴应力源以粘结材料固化产生的收缩为主。所以一切能减少粘结材料固化产生收缩的材料、安装工艺、设计都对保证安装质量有帮助,包括粘结材料的选择、砂浆床的厚度、砂浆床水泥砂比、砂浆床砂子粗细、砂浆床水灰比等。砂浆床层产生的应力通过粘结层传到地砖,所以粘结层的组分组成、厚度、均匀性对安装质量的影响最直接、也最大。安装工艺的设计及安装材料的选择应该围绕降低应力-应变为出发点。


最后,规格板最大尺寸极限应首先取决于板材的质量性能,其次是安装工艺的设计及安装材料的选择。没有考虑这两个因素而承诺任何尺寸都是有风险的。