無機(jī)人造石應(yīng)用領(lǐng)域廣范，各種大型工程如高鐵站、地鐵站、機(jī)場、廣場、商場、學(xué)校、醫(yī)院、辦公大樓、市政大樓等都可以用它做地面墻面、室內(nèi)室外裝修。無機(jī)人造石有可能成為繼陶瓷之后的第二大人造硬質(zhì)面飾料。

但是，隨著無機(jī)人造石的廣泛使用，質(zhì)量上的參差不齊，安裝工藝技術(shù)的不規(guī)范導(dǎo)致無機(jī)人造石在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題也越來越多以致質(zhì)疑無機(jī)人造石的聲音開始出現(xiàn)。無機(jī)人造石在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題如果得不到及時(shí)有效地解決，將嚴(yán)重地影響無機(jī)人造石行業(yè)的發(fā)展。為此特以此文探討無機(jī)人造石的安裝問題及解決方案。                               

一、技術(shù)背景

從最古老的陶瓷到新興的人造石，人造硬質(zhì)面飾料在花色和性能上都不斷發(fā)展創(chuàng)新。但是，安裝方法基本上還是以下面的三種方法為主：

1.砂層法（Sand-Strata Method）

這是最古老的地面瓷磚鋪貼方法。歐洲古老的教堂上世紀(jì)用這種方法鋪貼的瓷磚地面現(xiàn)在仍保存完好。這種方法的特點(diǎn)是用于支撐瓷磚的砂層與地面基層并非結(jié)合在一起，這使得砂層面上的瓷磚不受地面基層變化的影響。同時(shí)，砂層又能很好地將瓷磚承受的重量均勻地分布在整個(gè)砂層上。因此這種最古老的鋪貼方法能保證鋪貼的瓷磚得到很好的保護(hù)。

2.砂漿床法（The Mortar-Bed Method）

砂漿床法實(shí)際上是砂層法的改進(jìn)版。與砂層法不同的是用混凝土砂漿層取代了砂層，混凝土砂漿層通常是一份水泥與4-5份砂子混合成半干砂漿混凝土。它比砂層法能承受更重的負(fù)載，因而可用于鋪貼大規(guī)格的地磚。

砂漿床法有兩種模式：連體式（Bonded）及浮式（Floating）。這兩種方式都是相對基層而言。如果基層是牢固、穩(wěn)定的地面層混凝土，通?？梢詫⑸皾{床層與基層結(jié)合成一體，這就是連體式。如基層是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)則采用“浮”式，即在砂漿床與基層間布有隔離膜，砂漿床建立在隔離膜布上，讓砂漿床“浮”在基層之上，以避免因基層的不穩(wěn)定而對鋪貼的面磚有影響。采用“浮”式法時(shí)，通常在砂漿床內(nèi)部布有鐵絲網(wǎng)增強(qiáng)，

3.薄層鋪貼法（Thin-set Direct-Bond Method）

60年代引進(jìn)的薄層鋪貼法所用的粘合劑最初是作為砂漿床法的瓷磚與砂漿床的粘合劑使用，后來演變?yōu)橛眠@粘合劑將瓷磚直接粘結(jié)在基層混凝土上，形成了薄層鋪貼法。薄層鋪貼法具有很多優(yōu)勢，如效率高、用料省、重量輕等，逐漸成為地面瓷磚鋪貼的主流工藝。但是，薄層鋪貼也顯示出一些問題，如平整度不易調(diào)整、不適合大規(guī)格板面安裝、易受基層變化影響等等。其中，易受基層變化影響最為突出。

早期的薄層鋪貼法將地磚與基層混凝土用粘合劑直接粘結(jié)起來，面磚、粘合劑與基層混凝土連成一體。對于牢固、穩(wěn)定的基層，這種安裝方法沒有太多的問題。但是，如果基層混凝土不穩(wěn)定，有開裂或有開裂的可能，那么這種基層的變化就會傳遞到面層材料，造成面層材料的開裂。

為了解決薄層鋪貼的這個(gè)問題，薄層鋪貼法采用了砂層法鋪貼層與基層脫鉤（Uncoupling）的原理，將粘結(jié)砂漿鋪在特殊的布料層面（Cleavagemembrane or Slip sheet），以阻止粘結(jié)層直接與基層結(jié)合，達(dá)到粘結(jié)劑與地磚與基層脫鉤、從而基層所發(fā)生的任何變化不影響面層的目的，

陶瓷墻地磚的鋪貼似乎是簡單的工作，但是歐美國家對墻地磚的鋪貼有嚴(yán)格的規(guī)范，商業(yè)工程墻地磚的鋪貼項(xiàng)目必須持有資質(zhì)執(zhí)照才能競標(biāo)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及施工規(guī)范主要由北美瓷磚協(xié)會（The Tile Council of North America, TCNA）和美國瓷磚協(xié)會（The Tile Council of America，TCA）兩個(gè)協(xié)會把持。再加上安裝材料由質(zhì)量穩(wěn)定的廠家提供，所以在墻地磚安裝方面，出現(xiàn)的問題越來越少。但是行業(yè)內(nèi)的討論交流仍很熱烈，理論的研究文章也不少，主要是應(yīng)對不斷加大的規(guī)格尺寸及性能各異的材料如何調(diào)整施工工藝及相應(yīng)的安裝材料。                                                                                                                               

二、中國無機(jī)人造石安裝現(xiàn)狀

中國的人造石行業(yè)一直快速發(fā)展，但應(yīng)用技術(shù)相對滯后。究其原因，除了生產(chǎn)的發(fā)展大大超過應(yīng)用研究的步伐外，還與行業(yè)內(nèi)嚴(yán)重缺乏應(yīng)用技術(shù)研究有關(guān)。當(dāng)普遍的共性問題出現(xiàn)時(shí)，沒有專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)系統(tǒng)地研究問題解決問題，對解決問題的方法過于“各抒己見”。

無機(jī)人造石這兩年發(fā)展迅猛，無機(jī)人造石應(yīng)用被越來越多的設(shè)計(jì)師所采用?？梢灶A(yù)見，無機(jī)石的綠色特性將會使其具有巨大的市場空間。但是，與樹脂人造石應(yīng)用過程中出現(xiàn)的許多問題一樣，無機(jī)石的應(yīng)用也隨著應(yīng)用的廣泛出現(xiàn)的問題越來越多，特別是地面安裝出現(xiàn)的問題已經(jīng)到了非認(rèn)真對待不可，否則將對行業(yè)的發(fā)展造成負(fù)面影響的地步

無機(jī)人造石地面安裝經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題主要是空鼓、翹曲、開裂、返堿等四大現(xiàn)象，本文嘗試對無機(jī)人造石地面安裝出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討，希望能達(dá)到拋磚引玉的目的。

1.無機(jī)人造石的地面安裝方法

根據(jù)中國石材協(xié)會制定的《無機(jī)型人造石應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，無機(jī)人造石的地面安裝分為硬底法與軟底法。硬底法就是用粘合劑將地磚直接粘貼到已經(jīng)硬化的混凝土基層上，漿層的厚度為5mm左右。硬底鋪貼法對應(yīng)于歐美的薄層鋪貼法。這種鋪貼方法由于漿層薄，能調(diào)整的厚度有限，所以要求基層有較高的平整度。

按歐美的薄層鋪貼工藝，不同規(guī)格不同重量的地磚需要用不同的砂漿，超過400x400mm的地磚或只要有一條邊超過400mm的瓷磚或天然石材規(guī)格板材，都屬于大規(guī)格板材（Large formattiles），都需要大規(guī)格板材專用砂漿，大規(guī)格板專用砂漿在配方上要考慮承重及減少收縮因素。在國內(nèi)，400x400的無機(jī)石規(guī)格板已經(jīng)很少用，絕大部分都是600x600mm以上，但是在采用硬底鋪貼法時(shí)，卻很少有人意識到在選擇砂漿粘合劑時(shí)是否有什么不同或是否有用于不同板面規(guī)格的砂漿粘合劑的存在。

無機(jī)人造石地磚的另一種鋪貼方法叫軟底鋪貼法，見圖7，對應(yīng)的是歐美的砂漿床法。但歐美的砂漿床法比軟底鋪貼法規(guī)范更細(xì)致，如砂漿床法有視基層牢固和穩(wěn)定程度規(guī)范采用連體式或“浮式”，有規(guī)范什么情形下砂漿床內(nèi)部必須用鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)，有規(guī)范砂漿床的厚度（3-125px）。這些規(guī)范在我們的軟體鋪貼法中都沒有規(guī)范的。這種相對細(xì)致的規(guī)范對于避免地磚在特殊環(huán)境下可能出現(xiàn)的問題是有幫助的。

2.無機(jī)人造石地面安裝常見的質(zhì)量問題

無機(jī)人造石安裝最常見的問題是空鼓、翹曲、開裂、返堿。這些問題出現(xiàn)的機(jī)率隨機(jī)性很高：同一人造石用在某一工程地面沒問題，同一人造石應(yīng)用于另一工程地面卻出了質(zhì)量問題；同一工程用某一人造石沒問題，改用另一人造石卻出了質(zhì)量問題。這種出現(xiàn)問題的隨機(jī)性幾乎是樹脂人造石應(yīng)用出現(xiàn)問題的翻版。

無機(jī)人造石興起之初，人們把它當(dāng)成是一種介于混凝土與天然石材之間的材料。以對混凝土的了解及把持著幾十年天然石材安裝的經(jīng)驗(yàn)，人們認(rèn)為無機(jī)人造石的應(yīng)用是輕車熟路的事。但是讓無機(jī)人造石石行業(yè)始料不及的是，出身于混凝土的無機(jī)人造石不但比天然花崗石矯情，也比混凝土嬌氣，一不如意就空鼓、翹曲、甚至開裂。

無機(jī)人造石與混凝土具有很接近的線性膨脹系數(shù)(見表1)，無機(jī)人造石安裝于混凝土基層面應(yīng)與混凝土具有較好的熱力性能兼容性，為什么無機(jī)石安裝于混凝土基層仍出現(xiàn)許多問題呢？

3.無機(jī)人造石地面安裝出現(xiàn)問題的原因

無機(jī)人造石安裝出現(xiàn)的空鼓、翹曲、開裂都與應(yīng)力-應(yīng)變有關(guān)。所以有必要了解應(yīng)力（Stress）與應(yīng)變（Strain）的關(guān)系。

如下圖所示，當(dāng)一個(gè)圓柱體受到拉力F作用時(shí)，材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力σ可以表示為

σ= F/A₀                    (1)

A₀為圓柱的界面積。

在力F作用下圓柱體的長度被拉長，拉長的變量為?L，材料產(chǎn)生的應(yīng)變ε為

ε=  ?L / L₀               (2)

在同樣的力作用下，有的產(chǎn)生很大的應(yīng)變 --- 如橡膠，有的產(chǎn)生很小的應(yīng)變 --- 如玻璃。某種材料在力的作用下應(yīng)變的大小用彈性模量E來衡量

E = σ / ε               (3)

表2是幾種常見建筑材料的彈性模量

在相同的應(yīng)力下，彈性模量越大的材料變形越小，這種材料屬于剛性材料，反之則是彈性體材料。從表中數(shù)據(jù)可以看出，三種最常用硬質(zhì)面飾料的彈性模量大小次序是陶瓷 >花崗石 >無機(jī)人造石（高強(qiáng)度混凝土）。這表明，在同樣的應(yīng)力下，陶瓷的變形最小，無機(jī)人造石的變形最大；或是同樣的變形程度，無機(jī)人造石所需的應(yīng)力最小，陶瓷需要的應(yīng)力最大。即陶瓷的剛性高于花崗石，而花崗石的剛性高于無機(jī)人造石。

現(xiàn)在來分析應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)绾斡绊懹操|(zhì)地面安裝。

在硬質(zhì)地面安裝中，基層、粘結(jié)層、硬質(zhì)地面材料構(gòu)成一個(gè)體系。其中硬質(zhì)地面材料可以是陶瓷、天然石材、或人造石。在基層、粘結(jié)層、硬質(zhì)地面材料構(gòu)成的體系中，由于各層的材料不同，狀態(tài)不同，受到溫度、濕度、機(jī)械運(yùn)動等外部因素影響所產(chǎn)生的應(yīng)力也不相同。如果我們把討論的焦點(diǎn)放在地磚與粘結(jié)材料這部分，我們不難發(fā)現(xiàn)，地磚受到的應(yīng)力除了溫度及濕度的變化產(chǎn)生的應(yīng)力外，最大的應(yīng)力來自粘結(jié)層在固化過程中收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，這包括拉伸應(yīng)力及壓縮應(yīng)力。此外，地磚與粘結(jié)層界面間還有剪切應(yīng)力，粘結(jié)層與混凝土基層間的界面也有剪切應(yīng)力。如果是軟體鋪貼法，粘結(jié)層與半干砂漿層間也有剪切應(yīng)力。這是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)體系。

如果基層是穩(wěn)定牢固的，那么影響安裝結(jié)果主要是粘結(jié)層與地磚這個(gè)力學(xué)體系。在無機(jī)人造石安裝工藝中，粘結(jié)無機(jī)人造石地板的粘結(jié)材料通常是水泥基粘合劑。水泥基粘結(jié)材料在固化過程中產(chǎn)生的收縮給板材施加拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力，不管是拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力，一旦超過了板材強(qiáng)度極限，板材就會破裂。

粘結(jié)層與板材間的剪切應(yīng)力差則是導(dǎo)致空鼓及翹曲的主要原因。這里我們分別考慮兩種情況：一個(gè)是具有較大彈性模量的板材，即剛性較強(qiáng)的板材。在這種情況下，粘結(jié)層與板面間的剪切應(yīng)力差不足于使板材變形，釋放應(yīng)力最好的途徑是粘結(jié)剝離，這就是我們看到的空鼓現(xiàn)象。另一種情況是彈性模量較小的板材，即剛性不強(qiáng)的板材。在這種情況下，粘結(jié)層與板面間的剪切應(yīng)力差足于使板材變形，釋放應(yīng)力最好的途徑是板材變形，這就是我們看到的板面翹曲。

以上的分析很好地解析了為什么與天然花崗石或瓷磚相比，天然花崗石或瓷磚安裝出現(xiàn)問題主要是空鼓，翹曲現(xiàn)象較少。但是無機(jī)人造石安裝空鼓、翹曲兩種現(xiàn)象都比較普遍。原因是天然花崗石與瓷磚是彈性模量大的材料，即剛性強(qiáng)。相對天然花崗石或瓷磚，混凝土屬性的無機(jī)人造石彈性模量較低，剛性不如天然花崗石或瓷磚。再加上無機(jī)人造石因工藝技術(shù)差異，養(yǎng)護(hù)條件及養(yǎng)護(hù)時(shí)間的差異，生產(chǎn)出的無機(jī)人造石性能差異較大，導(dǎo)致在同一安裝條件下彈性模量較高的無機(jī)石出現(xiàn)空鼓，而彈性模量低的人造石有空鼓、也有翹曲現(xiàn)象。

至于為什么同一人造石用在某一工程地面沒問題，同一人造石應(yīng)用于另一工程地面卻出了質(zhì)量問題；同一工程用某一人造石沒問題，改用另一人造石卻出了質(zhì)量問題。這種出現(xiàn)問題的隨機(jī)性除了與產(chǎn)品的質(zhì)量有關(guān)外，與安裝材料、安裝工藝關(guān)系重大。如粘結(jié)層及半干砂漿床的材料、厚度、砂漿中水泥與砂子比，水灰比都有很大關(guān)系。

4.無機(jī)人造石地面安裝出現(xiàn)問題的解決方案探討

1). 產(chǎn)品質(zhì)量

性能優(yōu)良的無機(jī)人造石是保證安裝質(zhì)量的前提。

影響無機(jī)人造石安裝質(zhì)量的因素很多，但最主要的是無機(jī)人造石自身的質(zhì)量問題。而無機(jī)人造石的各種性能指標(biāo)中，影響安裝最主要的指標(biāo)是板材的吸水率及彎曲強(qiáng)度。

無機(jī)人造石的吸水率可以分為特征吸水率與表觀吸水率。特征吸水率是板材的特征性能，是未經(jīng)任何制造后處理（人為干預(yù)）的吸水率，只與配方及生產(chǎn)工藝有關(guān)。特征吸水率越大，板材受濕膨脹的應(yīng)力也就越大，就越容易變形，而且容易返堿。低吸水率的板材尺寸穩(wěn)定性相對好，不容易返堿，耐污性較高，可以降低產(chǎn)品使用的維護(hù)成本。

表觀吸水率是板材經(jīng)過后期的防水處理后表現(xiàn)的吸水率。特征吸水率很高的板材，經(jīng)過防水處理后，其表觀吸水率可以很低。但如果不持續(xù)護(hù)理，表觀吸水率將會逐漸回歸特征吸水率。無機(jī)人造石通常用GB/T 35160.1-2017標(biāo)準(zhǔn)檢測吸水率，GB/T 35160.1-2017標(biāo)準(zhǔn)對檢測樣品要求是：“試驗(yàn)表面應(yīng)不進(jìn)行防護(hù)、涂膠等相關(guān)處理”，即檢測應(yīng)該是特征吸水率而不是表觀吸水率。

無機(jī)人造石彎曲強(qiáng)度是影響鋪貼安裝質(zhì)量的另一個(gè)主要因素。水泥混凝土基的無機(jī)人造石一般都會有足夠的壓縮強(qiáng)度，但是作為脆性的材料，無機(jī)人造石的彎曲強(qiáng)度通常不高，而且因工藝、配方、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不同所生產(chǎn)出來的無機(jī)人造石其彎曲強(qiáng)度相差可以很大。彎曲強(qiáng)度的大小直接反映材料受力時(shí)承受形變的能力。彎曲強(qiáng)度越大，說明使該材發(fā)生一定應(yīng)變所需要的應(yīng)力越大。因?yàn)闊o機(jī)人造石能承受的形變很小，所以彎曲強(qiáng)度大的板材一般其彈性模量也大。

兩塊彎曲強(qiáng)度不同的板材在鋪貼地面安裝時(shí)，水泥基粘結(jié)材料固化收縮對這兩種板材有不同的結(jié)果。我們假設(shè)粘結(jié)材料固化收縮對兩塊板所產(chǎn)生的應(yīng)力相同，對于彎曲強(qiáng)度高的板材，它的彈性模量大，不容易變形，在這種情況下，體系釋放應(yīng)力最好的途徑是弱化界面粘結(jié)強(qiáng)度，當(dāng)弱化界面粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，界面分離，這就是我們說的空鼓。彎曲強(qiáng)度高的板材，安裝時(shí)出現(xiàn)問題一般是空鼓，但這不是板材的質(zhì)量問題，而是安裝材料與安裝工藝的問題。

對于彎曲強(qiáng)度低的板材，因其彈性模量也低，在這種情況下，體系釋放應(yīng)力的途徑可以是弱化界面粘結(jié)強(qiáng)度，也可能是使板面變形或破裂。所以彎曲強(qiáng)度低的板材安裝時(shí)出現(xiàn)的問題是多樣化及復(fù)雜化，即有空鼓，也有翹曲變形或開裂。

翹曲、變形及開裂通常與板材質(zhì)量有關(guān)，也與安裝材料及工藝有關(guān)。一般來說，質(zhì)量好的板材，有一定的空間允許安裝犯錯誤而不至于出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題；而質(zhì)量差的板材，安裝允許犯錯誤的空間就很小，否則就會出現(xiàn)嚴(yán)重的安裝質(zhì)量問題，比如吸水率很低的板材在某一安裝材料及安裝工藝下沒有問題，但是，高吸水率的板材在同樣的安裝材料及安裝工藝上則出了問題，這是因?yàn)榘宀乃艿膽?yīng)力具有疊加性。低吸水率的板材在安裝時(shí)受到的應(yīng)力可能只有粘結(jié)材料固化產(chǎn)生的應(yīng)力。但是，高吸水率的板材所受到的應(yīng)力除了粘結(jié)材料固化產(chǎn)生的應(yīng)力外，還有因吸水膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。

所以提高無機(jī)人造石的性能是保證安裝質(zhì)量的前提。

2). 安裝工藝的設(shè)計(jì)及安裝材料的選擇

無機(jī)人造石安裝由于板面規(guī)格大，重量重，合適的安裝方法應(yīng)是砂漿床法——即軟底鋪貼法。但隨著安裝出現(xiàn)問題較為頻繁，人們把問題的出現(xiàn)歸結(jié)于軟體安裝方法，于是出現(xiàn)了用硬底鋪貼法—即薄層鋪貼法安裝大規(guī)格無機(jī)人造石。用薄層鋪貼法安裝大規(guī)格的無機(jī)人造石板材地面并不是理想的方法。除了成本高、工期長外，大規(guī)格的板面用薄層砂漿不易找平，安裝難度大。有時(shí)用軟底鋪貼法出問題，換用了薄層鋪貼法后問題解決了。其實(shí)這不是軟體鋪貼法不適用，而是安裝工藝及安裝材料選擇出了問題。

如應(yīng)力-應(yīng)變所分析，硬質(zhì)地面材料安裝所出現(xiàn)的空鼓、翹曲、變形、開裂都與地板磚所受的拉伸、壓縮應(yīng)力及地板磚與粘貼材料之間界面的剪切應(yīng)力差有關(guān)。事實(shí)上材料性能或結(jié)構(gòu)上的任何形式失效都與應(yīng)力-應(yīng)變有關(guān)。地板鋪貼應(yīng)力源主要是溫度、濕度的變化及粘結(jié)材料固化產(chǎn)生的收縮。如板材的吸水率控制在較低的范圍，則地板鋪貼應(yīng)力源以粘結(jié)材料固化產(chǎn)生的收縮為主。所以一切能減少粘結(jié)材料固化產(chǎn)生收縮的材料、安裝工藝、設(shè)計(jì)都對保證安裝質(zhì)量有幫助，包括粘結(jié)材料的選擇、砂漿床的厚度、砂漿床水泥砂比、砂漿床砂子粗細(xì)、砂漿床水灰比等。砂漿床層產(chǎn)生的應(yīng)力通過粘結(jié)層傳到地磚，所以粘結(jié)層的組分組成、厚度、均勻性對安裝質(zhì)量的影響最直接、也最大。安裝工藝的設(shè)計(jì)及安裝材料的選擇應(yīng)該圍繞降低應(yīng)力-應(yīng)變?yōu)槌霭l(fā)點(diǎn)。

最后，規(guī)格板最大尺寸極限應(yīng)首先取決于板材的質(zhì)量性能，其次是安裝工藝的設(shè)計(jì)及安裝材料的選擇。沒有考慮這兩個(gè)因素而承諾任何尺寸都是有風(fēng)險(xiǎn)的。