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超柔性抗滑移C2TES2瓷砖胶研制

申报人：周锡欧 申报日期：2025-01-02

基本情况

2025年批次
超柔性抗滑移C2TES2瓷砖胶研制 学生申报
创新训练项目
工学
材料类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
C2TES2瓷砖胶是一种适用于大尺寸（1200*3600mm）岩板大板的高端粘结剂产品，其具有强粘结性、抗滑移、超柔性等特性，被称为最具潜力的现代新型装修材料。尽管C2TES2瓷砖胶具有很大的应用前景，但有技术竞争力的该型产品均自国外进口。马贝、西卡、德高等国外进口品牌占据98%以上的市场份额，大量利润被国外企业赚走。因技术不过关，无法很好协同解决粘结性强和柔韧性的问题，国产瓷砖胶产品无法与进口产品媲美。本项目拟攻克大柔性乳胶粉制备和瓷砖胶配制工艺技术，以固废胶凝材料、级配砂、特制乳胶粉为主要原料，开发一种单组份绿色环保高端C2TES2瓷砖胶产品。预期该产品具有如下指标： 1.粘结强度达到1.0MPA以上（国标JC/T 547-2017 标准5项）； 2.横向变形达到S2级及以上（＞5mm）； 3.抗滑移且晾置时间30Min及以上； 4.瓷砖胶生产成本低于国外进口主流品牌。
无
1.国家自然科学基金地区基金：转炉钢渣原位氧化及其熟料烧成化学基础研究（21566008），主持，201601-201912；
2.国家自然科学基金青年基金：具有互穿网络结构的阴-非离子化混凝土内养护材料的设计、合成与性能研究（51202039），主持，201301-201512，；
3.广西自然科学基金重点项目：熔融钢渣还原提铁直烧熟料的物理化学基础研究及环境风险调控（2024JJD160046），刘荣进，202504 -202803；
4.广西重点研发计划：超高性能混凝土（UHPC）的绿色制备及应用示范（桂科AB19259008），主持，202001-202212。
1.项目实施过程中技术上的指导：包括资料调研、实验设计、技术路线、数据分析、论文撰写及投稿等。
2.项目组成员组织协调上的支持：包括任务分配、人员变动、成果分配等。
3.项目经费使用上的监管：用于购买C2TES2瓷砖胶的原料，用于支付瓷砖胶的微观结构表征和性能检测。
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
周锡欧 材料科学与工程学院 无机非金属材料工程 2023 材料、论文的撰写与统筹实验
黄琴 材料科学与工程学院 材料科学与工程 2023 材料的性能、表征分析
陈玉烽 材料科学与工程学院 无机非金属材料工程（实验班） 2023 数据处理与分析
李雨佳 材料科学与工程学院 无机非金属材料工程（实验班） 2023 材料配比正交试验的设计
宋庆聚 材料科学与工程学院 无机非金属材料工程（实验班） 2023 材料配比正交试验的设计对比

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
刘荣进 材料科学与工程学院 否

立项依据

       陶瓷砖粘结剂又称瓷砖胶（下称瓷砖胶），是专门用于粘结瓷砖的现代新型装修材料。瓷砖胶相较于简单的水泥砂浆为基底作粘结剂，具有粘结性强、环境适应性好、无毒方便等特点，在现代瓷砖的铺装上有着较好的前景。瓷砖胶包括水泥基瓷砖胶（C）、膏状乳液基瓷砖胶（D）和反应型树脂瓷砖胶（R）。其中水泥基瓷砖胶应用最为广泛，C2TES2瓷砖胶（高性能水泥基瓷砖胶）也是粘贴大尺寸瓷砖的首选材料，但在使用过程中也暴露出了一些问题。首先，在国内市场上暂无粘贴（1200MM*3600MM）尺寸瓷砖、同时具备超强粘接力、长晾置时间、抗滑移、柔性、低成本等特点的水泥基瓷砖胶材料。人们采取了多种方法来改善C2TES2瓷砖胶的性能，包括改善砂灰比、聚合物改性、选择优质的胶凝材料等方法，同时，进行大量柔性化学助剂的复配提高性能的成本过高，目前在国内仍是一大难题。
       因此，本申请拟以普通硅酸盐水泥为基体，以开发低成本高性能水泥基瓷砖胶为目标导向，通过添加固废胶凝材料、级配砂、特制乳胶粉来拟探究对其力学性能、长晾置时间和滑移性等的影响。本项目的顺利实施不仅为开发低成本C2TES2瓷砖胶提供设计思路。我们可借此扩展国内瓷砖胶的应用范围，促进国内瓷砖胶产品的发展。
       本项目主要是以固废胶凝材料为矿物集料，以普通硅酸盐水泥为主要的水硬性凝胶材料。通过对固废胶凝材料掺量的变化和级配砂、特制乳胶粉的含量调整，来制备高性能、低成本的水泥基瓷砖胶。
（1）首先对固废胶凝材料的物理性质，化学组成，粒度分布，放射性等进行
检测。对矿渣进行物相分析及相关的工艺矿物学研究。
（2）在现有瓷砖胶基础配方的基础上，以固废胶凝材料和级配砂、特制乳胶粉配制，进行5因素4水平的正交实验，研究水泥掺量、矿物集料掺量、乳胶粉掺量、保水剂掺量、早强剂掺量等原料配比因素对瓷砖胶性能的影响，在对原拉伸胶粘强度、热老化后拉伸胶粘强度，浸水后拉伸胶粘强度的结果进行分析和比较后，综合考虑矿渣掺量和生产成本的情况下确定的最佳组成配比。结合红外光谱扫描（FT-IR），X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜分析（SEM）结果进行表征，分析形成机理。
       在1958年，由德国瓦克成功研发出可再分散乳胶粉，这为往后学者对瓷砖胶的研发创新起到了关键推动作用，并为瓷砖胶取得一定的发展与突破。在现阶段对于瓷砖胶的研究是往综合性能更加优秀、成本更加低廉的方向发展。一方面是通过实验研究不断的调整瓷砖胶不同组分的含量来优化瓷砖胶的配比，通过尝试不同种类的增效剂来提升瓷砖胶的综合性能。另一方面是通过使用价格低廉、绿色环保的原材料来代替原有组份中成本较高的原料，实现瓷砖胶成本的降低。
       J.Rottstegge[1][2]对使用不同乳胶添加剂的瓷砖胶体系进行研究。添加乳胶粉提高了砂浆最终的疏水性，柔韧性和附着力。在碱性水泥浆体中，经聚乙烯醇稳定保护的聚醋酸乙烯酯基乳胶分散液在抗水解方面相对稳定。甲基纤维素、聚乙烯醇和聚乙烯醇稳定乳胶等有机添加剂的添加对水泥水化产物最终的硅酸盐结构影响很小。虽然影响很小，但是也会导致最终砂浆中钙矾石与单硫酸盐的比例增加。研究发现，乳胶会吸附在无机结构表面，像胶水一样将无机组分连在一起。由于聚乙烯醇建立的类似乳胶水界面，导致乳胶聚合物的组成发生结构性的变化。除了无机水泥和乳胶形成的网状结构外，聚乙烯醇的细聚合物纤维还会形成一种弱网状物。
       A.P.A.Faiyas[3]对甲基羟乙基纤维素（MHEC）改性砂浆在瓷砖和基底之间的粘结状况进行了研究。研究表明适量的添加MHEC可以增强开放时间，形成保水膜，同时在砂浆的粘度值足够低时，多孔瓷砖能够将砂浆吸入毛细孔内形成锚固力，从而使砂浆与瓷砖之间具有更好的附着力，MHEC最佳添加量以1.3%为宜。但当加入的MHEC较多时，会使砂浆溶液粘度增大，使其在瓷砖及基底的吸附行为由均匀向非均匀转变，阻止砂浆吸入毛细孔内，从而减少润湿性，进而丧失机械附着力。
       Chaoyang Zhang[4]等人采用四种自合成的苯乙烯-丙烯酸丁酯（SA）聚合物乳液为材料，研究了聚合物乳液的玻璃化转变温度（Tg）和表面电荷等固有性能对聚合物改性砂浆（PMMs）抗压强度、弹性模量、抗弯强度、抗拉强度、延展性和韧性等力学性能的影响。聚合物薄膜的力学性能受Tg的影响较大，而受聚合物颗粒表面电荷的影响较小，其低Tg聚合物薄膜的拉伸强度和弹性模量分别为ca.1 MPa和ca.10 MPa，高Tg聚合物薄膜的拉伸强度和弹性模量分别为ca.10 MPa和ca.1 GPa。
        Lei Li[5]等人以涂有背胶的瓷砖为基材，研究了 VAE 或 SAE 含量为 0 %、3 %、6 %、9 % 和 12 % 的 VAE（醋酸乙烯酯-乙烯酯）或 SAE（苯乙烯-丙烯酸酯）改性砂浆的拉伸粘合强度。在低 RH 循环固化下，聚合物含量越高，强度越高，但在高 RH 循环固化下则不同。低 RH 循环固化提高了强度，而高 RH 循环固化通常会抑制聚合物改性砂浆的强度发展，在低 RH 循环固化下，聚合物含量越高，强度越高，但在高 RH 循环固化下则不同。低 RH 循环固化提高了强度，而高 RH 循环固化通常会抑制聚合物改性砂浆的强度发展。
参考文献：
[1]黄宾,孙长生,吴林荣.瓷砖粘结剂的特点及其应用[J].佛山陶瓷,2013,23(09):1-3.
[2]李晓峰,滕朝晖.可再分散乳胶粉对瓷砖胶性能的影响研究[J].中国胶粘剂,2009(08):45-47.
[3]FAIYAS A P A,ERICH S J F,HUININK H P,et al.Understanding the waterabsorption from MHEC modified glue mortar into porous tile:Influence ofpre-drying[J].Construction and Building Materials,2019,217:363-371.
[4]Zhang C, Liu J, Zhang S, et al. Mechanical properties of polymer modified mortars using polymer latexes with varied glass transition temperature and surface charges[J]. Cement and Concrete Composites, 2024, 150: 105573.
[5]Li L, Liu K, Chen B, et al. Effect of cyclic curing conditions on the tensile bond strength between the polymer modified mortar and the tile[J]. Case Studies in Construction Materials, 2022, 17: e01531.
创新点：
       本项目拟探究添加不同含量的固废胶凝材料和级配砂、特制乳胶粉配制来影响其力学性能、长晾置时间和滑移性，探寻其微观组织结构和力学性能的内在关联，获得高性能水泥基瓷砖胶，加速高强瓷砖胶的开发和应用。
项目特色：
       本项目拟通过固废胶凝材料和级配砂、特制乳胶粉配制增强其粘接力、加长晾置时间、抗滑移、并具有超柔型，填补在大尺寸瓷砖粘贴的空白。利用固废胶凝材料制备瓷砖胶，大大降低了其生产成本。
技术路线：
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拟解决的问题：
1.理清不同含量的固废胶凝材料对其性能的影响，考虑成本问题选择合适的胶凝材料及配比。
2.研究特制乳胶粉对瓷砖胶性能的影响，选择合适的掺量改性。
3.研发出一款可以粘贴大尺寸、具有1.0MPA以上粘接力（国标JC/T 547-2017 标准5项）达到S2级别以上横向变形（＞5mm） 过抗滑移和30Min晾置时间拉拔、单组份、低成本的瓷砖胶产品。
预期成果：
1.理清不同含量固废胶凝材料和级配砂、特制乳胶粉配制对瓷砖胶五个力学性能分析指标、长晾置时间和滑移性等的影响。
2.通过实验获得符合甚至高于C2标准的高性能水泥基瓷砖胶。
3.发表论文一篇。
4.申请专利一项。
5.结题报告一份。


起止时间 研究内容与安排
2024.12-2024.12
查阅相关文献研究、项目调研、确定项目选题
2025.01-2025.02
确定研究内容，制定研究路线，设计实验方案
2025.03-2025.04
正交试验、配方优化、合成乳胶粉
2025.05-2025.07
中期调查，C2TES2瓷砖胶的微观表征和性能的分析
2025.08-2025.10
进行数据处理与分析、撰写小论文
2025.11-2025.11
撰写结题报告


       通过查阅文献了解到，对于聚合物对水泥基材料的改性机理，在物理修饰机制上主要是通过改变浆液体系中一些必需离子的浓度来完成的，这些离子包括Ca2+、OH-、Al3+和SO42-，这些离子在水泥颗粒上的吸附和成膜，从而改变Ca(OH)2、钙矾石（AFt）、水合单硫铝酸盐（AFm）或其他早期水合产物的数量和成核速率。
       了解C2TES2瓷砖胶的力学性能和应用，并对研究C2TES2瓷砖胶的实验方法做了详细了解。学习使用红外光谱扫描（FT-IR）、Ｘ射线衍射仪（XRD）、光学显微镜、扫描电镜（SEM）并对实验前后样品的形貌、成分、组织进行研究。
已具备条件：
学院实验室配备专业、精密的实验器材，力学设备，如
a）磁力搅拌器：予华仪器厂DF-101D集热式磁力搅拌器
b）水浴锅：上海华燕医疗器械有限公式HH-2型水浴锅、
c）干燥箱：杭州中拓仪器有限公司101-1Y型远红外鼓风恒温干燥箱。
d）真空干燥箱：南通金石实验仪器有限公司SDZF-6050型真空干燥箱。
e）水泥砂浆搅拌机：上海乐傲实验仪器有限公司JJ-5型水泥砂浆搅拌机
f）扫描电子显微镜：日本JSM-6380LV扫描电子显微镜。
g）电子天平：上海舜宇恒平科学仪器公司YP2001N电子天平。
h）台秤：上海浦东计量仪器生产单臂式普通台秤。
i）红外光谱仪：日本岛津公司IRTracer-100型红外光谱仪。
k）XRD：荷兰帕纳科（PANantical）公司X`Pert PRO X射线衍射仪
以上可实现材料物相组成、微观组织表征、力学性能检测和制备等，有力保障本项目顺利开展。
尚缺少的条件：
对C2TES2瓷砖胶的性能测试、微观组织表征以及对进一步研究的资金。
解决方法：
本次对固废胶凝材料、级配砂、特制乳胶粉制备瓷砖胶进行研究，具体步骤如下：
1.按照实验设计的配合比称取水泥、固废胶凝材料、级配砂、特制乳胶粉等原料，在水泥砂浆搅拌机中干混2 min。
2.向搅拌均匀的干粉物料中加入一定量的水，低速搅拌30 s，取出桨叶，
60s内清理桨叶和锅内壁上的胶粘剂然后放入桨叶继续搅拌60 s。
3.首先使用直边抹刀将瓷砖胶抹在混凝土板表面。然后更换齿型抹刀对较厚的瓷砖胶进行梳理。将瓷砖放在瓷砖胶上，每个瓷砖间隔40 mm，将重量为（2.00土0.015）kg的压块放置在瓷砖上持续30 s，置于相应的条件下进行养护。
4.将部分瓷砖胶样品倒入干净的模具中振捣，在常温下放置24 h后，脱膜，置于相应的条件下进行养护。
5.养护
本实验的标准实验环境为：环境温度在21~25℃之间，相对湿度在45%~55%
之间，环境风速不大于0.2 m/s。
(1)拉伸胶粘原强度
将铺贴好的试件在标准环境下放置27 d后放置拉拔接头，拉拔接头与瓷砖使用环氧树脂胶进行固定，试件继续在标准实验环境下放置1 d后，测量拉伸胶粘强度。
(2)浸水后拉伸胶粘强度
在标准条件下放置7 d后，转移到（20士2）℃的水中浸泡20 d，将试件捞出水擦干后放置拉拔接头，拉拔接头与瓷砖使用环氧树脂胶进行固定，7h后将试件转移回水中，17 h后从水中捞出立即测量浸水后拉伸胶粘强度。
(3)热老化后拉伸胶粘强度
在标准条件下放置14 d后，转移到（70土2）℃鼓风烘箱中加温14 d。之后取出放置拉拔接头，拉拔接头与瓷砖使用环氧树脂胶进行固定，在标准实验环境下放置1 d后，测量热老化后拉伸胶粘强度。
6.利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜等仪器，分析测定固废胶凝材料、水泥和瓷砖胶材料的化学组成元素、物相组成和表观形貌。
7.对所得实验数据，图像进行细致分析和处理，进一步优化C2TES2瓷砖胶组成成分,分析固废胶凝材料、级配砂、特制乳胶粉对水化反应的影响及其性能变化的内在机制。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 4000.00 材料相关性能测试费用、化学试剂及实验材料费 2000.00 2000.00
1. 业务费 2000.00 材料相关性能测试费用 1000.00 1000.00
（1）计算、分析、测试费 2000.00 材料相关性能测试费用 1000.00 1000.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 0.00 无 0.00 0.00
（5）论文出版费 0.00 无 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 2000.00 化学试剂及实验材料费 1000.00 1000.00
结束

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