吸水率对陶瓷砖性能的影响
摘 要：本文从破坏强度、抗釉裂性、湿膨胀和地砖摩擦系数考察不同吸水率对陶瓷砖性能的影响。考察结果为破坏强度随着吸水率增加而降低，同时需考虑坯釉适合性对破坏强度的影响；而吸水率对抗釉裂性、湿膨胀和地砖摩擦系数性能影响不大。
关健词：吸水率；破坏强度；抗釉裂性；湿膨胀；地砖摩擦系数
1 前言
中国是世界陶瓷砖第一生产大国，2016年产量为101.8亿平方米，占全球产量62.84%，其中，瓷质砖为70.66%，炻瓷砖为5.28%，细炻砖为2.35%，炻质砖为4.81%，陶质砖为16.90%。现吸水率高低已成为衡量陶瓷砖质量的风向标，但是一味追求低吸水率高质量而忽视其实际使用范围和价值，容易造成使用功能过剩和能源浪费，如室内地砖吸水率≤10%足以满足日常室内住宅使用要求[1]。而陶瓷砖强国日本，陶瓷砖实际使用性能比吸水率更受到重视[2]。
雾霾、限电、污水、陶瓷废料堆积如山等时刻在提醒我们，节能减排、绿色环保，能源可持续发展的重要性。在满足使用功能前提下，适当提高吸水率，降低烧成温度，改进工艺，将有效提高产量，节能降耗。如现有瓷质砖烧成温度（1250℃左右）比炻质砖（1180℃左右）和陶质砖（1100℃左右）分别高出70℃和150℃。在吸水率高低都满足实际使用需求情况下，根据热平衡计算，若烧成温度降低100℃，则单位产品热耗可降低10%以上，烧成时间缩短10%，产量增加10%，热耗降低4%[3]。
2 不同吸水率陶瓷砖性能的差异
2.1 不同吸水率陶瓷砖与破坏强度的关系
破坏强度是陶瓷砖产品的重要性能指标之一，主要重点考察陶瓷砖结实程度。从图1可知，破坏强度总体是随着吸水率逐渐增加而先大幅降低而后缓慢降低。吸水率都接近0时的瓷质砖破坏强度相差33%左右，从中看出相同的吸水率有其他因素在影响其破坏强度。其主要因素是坯釉适合性，如果坯体膨胀系数比釉料大，将形成压缩应力，破坏强度比较高，而坯体膨胀系数比釉料小，将形成张应力，破坏强度相对比较弱。因此，在考虑吸水率对破坏强度影响同时，也应该将坯釉适合性一同考虑。
从图1还可知，瓷质砖吸水率接近0，瓷质砖已完全烧结，并长出数量众多晶体，此时破坏强度达到最大值。吸水率越低对破坏强度越敏感，因此吸水率的变化对其产生较大的变化。随着陶瓷砖吸水率不断增加，晶体数量不断减少，同时内部孔隙增多，结构松散，相对应的破坏强度随之降低。随着吸水率增加，破坏强度并非大幅度下降，而是缓慢降低，说明吸水率后期对其影响不大。
2.2 不同吸水率陶瓷砖与抗釉裂性的关系
抗釉裂性是陶瓷砖产品的重要性能指标之一，其本质就是釉与坯热膨胀系数差异所导致的应力满足外部环境变换的要求而不开裂。从表1可知，陶瓷砖抗釉裂性不随着吸水率逐渐增加而变差，从中说明陶瓷砖釉坯热膨胀系数比较接近。此时存在3种可能性，坯体膨胀系数大于釉料膨胀系数，釉层形成正应力，所谓的正釉，当正应力大于釉层强度时，将开裂；坯体膨胀系数小于釉料膨胀系数，釉层形成张应力，所谓的负釉，当张应力大于釉层强度时，釉层将开裂或剥离；当坯体膨胀系数等于釉料膨胀系数时，应力消失或者极小，此时为理想状态；从中可知，表1中都不存在釉裂问题，但并不意味着釉裂不会发生。同时由于坯釉膨胀系数很难恰好相等，因此普遍要求坯体膨胀系数大于釉料膨胀系数，形成正应力，有利于提高机械强度。
陶瓷砖热膨胀系数的变化根源来自化学成分，网络生产体多，热膨胀系数小，碱和碱土金属多，热膨胀系数大。釉裂的根本原因是釉层所承受的应力超过了釉层强度。由于釉料化学成分主要以坯体主料为主，釉料的化学性质决定其膨胀系数的大小。
2.3 不同吸水率陶瓷砖与湿膨胀的关系
湿膨胀是陶瓷砖产品的重要性能指标之一。国标要求在不规范安装和一定的湿度条件下，当湿膨胀大于0.06%时（0.66 mm/m）就有可能出问题[4]。从表2可以看出，其湿膨胀系数均<0.01%，已在安全范围内。同时可知，不同的吸水率陶瓷砖与湿膨胀相关性不大，不存在吸水率越大，湿膨胀相应也增加说法。
瓷砖铺贴后将吸收水份，并和水作用而引起不可逆膨胀，结果是釉承受的压应力转变为张应力，最后超过中间层的缓冲作用和釉的抗张强度而开裂。因此，瓷砖铺贴前如未泡水或泡水时间不足，铺贴后就易吸收泥浆水份逐渐产生湿膨胀，并由此产生内应力。同时，由于湿膨胀导致瓷砖对四边拼缝挤压，自身也受到相应的反作用力挤压。瓷砖底面受粘结砂浆的约束，而釉面是自由体一方，形成底面和釉面的线膨胀不一致，促使瓷砖向釉面一方弯曲，在内力的相互传递和叠加的作用下，当内力的数值超过质地较差的瓷砖的抗拉、抗压或抗折强度时，便出现单块以至几块通长裂缝或冰炸纹状的裂缝。
同时现有陶瓷砖多以釉面砖为主，釉面对空气中的水分不吸水，只有侧面裸露坯体才与空气中的水蒸汽接触，特别是回南天，因此，多从边沿拱起，常与瓷砖釉层表面细小的、圆形的釉裂（龟裂）的缺陷伴生。因此在潮湿地方如厨卫等潮湿环境下可能造成因湿膨胀而导致开裂或者剥脱现象发生。
2.4 不同吸水率陶瓷砖与地砖摩擦系数的关系
目前国内外对地砖摩擦系数都有明细分类[5-7]，同时地砖摩擦系数又划分为干摩擦系数和湿摩擦系数。据相关研究，湿摩擦系数测试结果能更为真实地反映现场潮湿条件下的使用效果，应逐渐被推广和应用[8]。目前国内比较偏向干摩擦系数检测，如摩擦系数COF值：低于0.5为不安全，0.5 ～ 0.6为相对安全，0.6 ～ 0.8为安全，大于0.8为非常安全。
地砖摩擦系数是陶瓷砖产品的重要性能指标之一，其本质就是考察人行走在陶瓷砖上滑倒的风险。从图2可知，随着吸水率不断增加，对地砖摩擦系数影响不大。就吸水率小于0.5%瓷质砖而言，仿石砖地砖摩擦系数最高为0.84，抛光砖地砖摩擦系数最低为0.61。而不同的仿古砖其地砖摩擦系数又有所不同，最高为0.78，最低为0.58。影响其摩擦系数的主要因素是砖表面的粗糙程度。由于抛光砖表面是经过打磨光亮，其粗糙程度大大减少，以致摩擦系数偏低，而抛釉砖表面是一层玻璃釉料覆盖，具有玻璃的性质，干摩擦系数比较高，湿摩擦系数比较低，与抛光砖差不多。而仿古砖表面可以做成不同粗糙度的釉面，从中增加了摩擦系数。除了增加表面粗糙度外，现有工艺在纹路上凸显凹凸纹理，以达到防滑美观效果，尤其大理石比较明显。
3 结论
（1）破坏强度总体随着吸水率增加先大幅下降而后缓慢降低，同时破坏强度值受到坯釉适合性影响；
（2）吸水率增加对抗釉裂性影响不大，坯釉适合性起关键作用；
（3）湿膨胀不随吸水率增加而增加，铺贴前地砖需要浸泡，以防湿膨胀引起地砖变形或者开裂，同时在潮湿环境下砖边沿可能受湿膨胀影响开裂或者拱起；
（4）地砖摩擦系数并未随吸水率增加而增加，影响因素为地砖表面粗糙程度或者凹凸纹路。
参考文献
[1] JG/T 484-2015.室内外陶瓷墙地砖通用技术要求[S].2015.
[2] JIS A 5209：2014.Ceramic tiles[S].JIS 2014.
[3] 曾令可，邓伟强.广东省陶瓷行业的能耗现状及节能措施[J].佛山陶瓷.2006. 2：1-4.
[4] GB/T 4100-2015.陶瓷砖[S].2015.
[5] JC/T1050-2007，地面石材防滑性能等级划分及试验方法[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，顾轩等.潮湿状态下陶瓷地砖摩擦系数测试方法探讨[J].佛山陶瓷：2016 ， 26 （6） ：43-46.
关健词：吸水率；破坏强度；抗釉裂性；湿膨胀；地砖摩擦系数
1 前言
中国是世界陶瓷砖第一生产大国，2016年产量为101.8亿平方米，占全球产量62.84%，其中，瓷质砖为70.66%，炻瓷砖为5.28%，细炻砖为2.35%，炻质砖为4.81%，陶质砖为16.90%。现吸水率高低已成为衡量陶瓷砖质量的风向标，但是一味追求低吸水率高质量而忽视其实际使用范围和价值，容易造成使用功能过剩和能源浪费，如室内地砖吸水率≤10%足以满足日常室内住宅使用要求[1]。而陶瓷砖强国日本，陶瓷砖实际使用性能比吸水率更受到重视[2]。
雾霾、限电、污水、陶瓷废料堆积如山等时刻在提醒我们，节能减排、绿色环保，能源可持续发展的重要性。在满足使用功能前提下，适当提高吸水率，降低烧成温度，改进工艺，将有效提高产量，节能降耗。如现有瓷质砖烧成温度（1250℃左右）比炻质砖（1180℃左右）和陶质砖（1100℃左右）分别高出70℃和150℃。在吸水率高低都满足实际使用需求情况下，根据热平衡计算，若烧成温度降低100℃，则单位产品热耗可降低10%以上，烧成时间缩短10%，产量增加10%，热耗降低4%[3]。
2 不同吸水率陶瓷砖性能的差异
2.1 不同吸水率陶瓷砖与破坏强度的关系
破坏强度是陶瓷砖产品的重要性能指标之一，主要重点考察陶瓷砖结实程度。从图1可知，破坏强度总体是随着吸水率逐渐增加而先大幅降低而后缓慢降低。吸水率都接近0时的瓷质砖破坏强度相差33%左右，从中看出相同的吸水率有其他因素在影响其破坏强度。其主要因素是坯釉适合性，如果坯体膨胀系数比釉料大，将形成压缩应力，破坏强度比较高，而坯体膨胀系数比釉料小，将形成张应力，破坏强度相对比较弱。因此，在考虑吸水率对破坏强度影响同时，也应该将坯釉适合性一同考虑。
从图1还可知，瓷质砖吸水率接近0，瓷质砖已完全烧结，并长出数量众多晶体，此时破坏强度达到最大值。吸水率越低对破坏强度越敏感，因此吸水率的变化对其产生较大的变化。随着陶瓷砖吸水率不断增加，晶体数量不断减少，同时内部孔隙增多，结构松散，相对应的破坏强度随之降低。随着吸水率增加，破坏强度并非大幅度下降，而是缓慢降低，说明吸水率后期对其影响不大。
2.2 不同吸水率陶瓷砖与抗釉裂性的关系
抗釉裂性是陶瓷砖产品的重要性能指标之一，其本质就是釉与坯热膨胀系数差异所导致的应力满足外部环境变换的要求而不开裂。从表1可知，陶瓷砖抗釉裂性不随着吸水率逐渐增加而变差，从中说明陶瓷砖釉坯热膨胀系数比较接近。此时存在3种可能性，坯体膨胀系数大于釉料膨胀系数，釉层形成正应力，所谓的正釉，当正应力大于釉层强度时，将开裂；坯体膨胀系数小于釉料膨胀系数，釉层形成张应力，所谓的负釉，当张应力大于釉层强度时，釉层将开裂或剥离；当坯体膨胀系数等于釉料膨胀系数时，应力消失或者极小，此时为理想状态；从中可知，表1中都不存在釉裂问题，但并不意味着釉裂不会发生。同时由于坯釉膨胀系数很难恰好相等，因此普遍要求坯体膨胀系数大于釉料膨胀系数，形成正应力，有利于提高机械强度。
陶瓷砖热膨胀系数的变化根源来自化学成分，网络生产体多，热膨胀系数小，碱和碱土金属多，热膨胀系数大。釉裂的根本原因是釉层所承受的应力超过了釉层强度。由于釉料化学成分主要以坯体主料为主，釉料的化学性质决定其膨胀系数的大小。
2.3 不同吸水率陶瓷砖与湿膨胀的关系
湿膨胀是陶瓷砖产品的重要性能指标之一。国标要求在不规范安装和一定的湿度条件下，当湿膨胀大于0.06%时（0.66 mm/m）就有可能出问题[4]。从表2可以看出，其湿膨胀系数均<0.01%，已在安全范围内。同时可知，不同的吸水率陶瓷砖与湿膨胀相关性不大，不存在吸水率越大，湿膨胀相应也增加说法。
瓷砖铺贴后将吸收水份，并和水作用而引起不可逆膨胀，结果是釉承受的压应力转变为张应力，最后超过中间层的缓冲作用和釉的抗张强度而开裂。因此，瓷砖铺贴前如未泡水或泡水时间不足，铺贴后就易吸收泥浆水份逐渐产生湿膨胀，并由此产生内应力。同时，由于湿膨胀导致瓷砖对四边拼缝挤压，自身也受到相应的反作用力挤压。瓷砖底面受粘结砂浆的约束，而釉面是自由体一方，形成底面和釉面的线膨胀不一致，促使瓷砖向釉面一方弯曲，在内力的相互传递和叠加的作用下，当内力的数值超过质地较差的瓷砖的抗拉、抗压或抗折强度时，便出现单块以至几块通长裂缝或冰炸纹状的裂缝。
同时现有陶瓷砖多以釉面砖为主，釉面对空气中的水分不吸水，只有侧面裸露坯体才与空气中的水蒸汽接触，特别是回南天，因此，多从边沿拱起，常与瓷砖釉层表面细小的、圆形的釉裂（龟裂）的缺陷伴生。因此在潮湿地方如厨卫等潮湿环境下可能造成因湿膨胀而导致开裂或者剥脱现象发生。
2.4 不同吸水率陶瓷砖与地砖摩擦系数的关系
目前国内外对地砖摩擦系数都有明细分类[5-7]，同时地砖摩擦系数又划分为干摩擦系数和湿摩擦系数。据相关研究，湿摩擦系数测试结果能更为真实地反映现场潮湿条件下的使用效果，应逐渐被推广和应用[8]。目前国内比较偏向干摩擦系数检测，如摩擦系数COF值：低于0.5为不安全，0.5 ～ 0.6为相对安全，0.6 ～ 0.8为安全，大于0.8为非常安全。
地砖摩擦系数是陶瓷砖产品的重要性能指标之一，其本质就是考察人行走在陶瓷砖上滑倒的风险。从图2可知，随着吸水率不断增加，对地砖摩擦系数影响不大。就吸水率小于0.5%瓷质砖而言，仿石砖地砖摩擦系数最高为0.84，抛光砖地砖摩擦系数最低为0.61。而不同的仿古砖其地砖摩擦系数又有所不同，最高为0.78，最低为0.58。影响其摩擦系数的主要因素是砖表面的粗糙程度。由于抛光砖表面是经过打磨光亮，其粗糙程度大大减少，以致摩擦系数偏低，而抛釉砖表面是一层玻璃釉料覆盖，具有玻璃的性质，干摩擦系数比较高，湿摩擦系数比较低，与抛光砖差不多。而仿古砖表面可以做成不同粗糙度的釉面，从中增加了摩擦系数。除了增加表面粗糙度外，现有工艺在纹路上凸显凹凸纹理，以达到防滑美观效果，尤其大理石比较明显。
3 结论
（1）破坏强度总体随着吸水率增加先大幅下降而后缓慢降低，同时破坏强度值受到坯釉适合性影响；
（2）吸水率增加对抗釉裂性影响不大，坯釉适合性起关键作用；
（3）湿膨胀不随吸水率增加而增加，铺贴前地砖需要浸泡，以防湿膨胀引起地砖变形或者开裂，同时在潮湿环境下砖边沿可能受湿膨胀影响开裂或者拱起；
（4）地砖摩擦系数并未随吸水率增加而增加，影响因素为地砖表面粗糙程度或者凹凸纹路。
参考文献
[1] JG/T 484-2015.室内外陶瓷墙地砖通用技术要求[S].2015.
[2] JIS A 5209：2014.Ceramic tiles[S].JIS 2014.
[3] 曾令可，邓伟强.广东省陶瓷行业的能耗现状及节能措施[J].佛山陶瓷.2006. 2：1-4.
[4] GB/T 4100-2015.陶瓷砖[S].2015.
[5] JC/T1050-2007，地面石材防滑性能等级划分及试验方法[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，顾轩等.潮湿状态下陶瓷地砖摩擦系数测试方法探讨[J].佛山陶瓷：2016 ， 26 （6） ：43-46.
