林世堂 博士/大同大學兼任助理教授
陳榮福 技師
摘要
陶瓷面磚接著劑又稱瓷磚黏著劑,主要用來黏貼牆面瓷磚、地磚或石材等建材。台灣過去只有有機型瓷磚接著劑(organic tile adhesives)的標準與規範,而沒有水泥質陶瓷面磚接著劑的專屬規範,因此衍生瓷磚剝落時,責任歸屬的爭議。有鑑於此,政府乃制定新的陶瓷面磚接著劑國家標準,涵蓋水泥質型及其他材質的接著劑。該標準也根據實務需求,增加老劣化、柔韌變形、防垂等特殊性能的檢測及規範。
本文重點說明規範的要點及背景,希望能幫助有關設計及工程人員,快速了解新標準條文的內容,具備選用合宜的接著劑的知識,進而提升施工品質,延長建築物的使用壽命,間接達到減碳節能的功效及保障消費者的權益。
前言
瓷磚是以多種礦物材料混合,經高壓成形、上釉、高溫燒結等步驟,所製造而成的材料。具有耐候、耐水、耐磨,耐酸鹼、尺度穩定、容易維護及可設計等多項優點。因此是古今中外,使用非常頻繁的室內及外牆裝修材料。
近年材料科技進步,瓷磚材質及外型多元變化,尺寸也越做越大。然而氣候變遷,日夜溫差加劇,及建築物老舊等諸多因素(1,2,3),室內地磚膨拱剝離(4),外牆瓷磚接著劣化脫落,時有所聞。而瓷磚一旦剝落,輕則起居不便,嚴重則影響市容觀瞻,對人民生命安全之危害,也是相當大的隱憂。因瓷磚剝落所引發的營造品質糾紛,也時有所聞。
雖然造成瓷磚剝落的原因很多,但瓷磚接著劑的良窳,的確佔了很重要的因素。國人在室內多舖有瓷磚,外牆之飾材也常使用瓷磚。營造及建商的施工工序與材料選用,也多參照行政院公共工程委員會施工規範第09310章「鋪貼壁磚」,遵循辦理。該規範對於瓷磚接著劑的性能,只規定接著強度。強度試驗方法,則為依照CNS 12611陶瓷面磚用接著劑接著強度試驗,證明其接著強度不小於6 kgf/cm2,必要時工程司可要求現場取樣測試。面磚於貼著二週後,應於現場參考ASTM C1583之規定,進行拉拔試驗。拉拔強度至少應在6 kgf/cm2以上。
然而,CNS 12611陶瓷面磚用接著劑 (Organic
adhesives for ceramic tile),是有機系接著劑,如聚胺酯系(PU)及變性矽膠系(MS)接著劑,是屬耐震或耐結構體異動,較優良之高單價接著劑的材料規範,跟市面上最常使用袋裝水泥質瓷磚接著劑的材質與性能,差異懸殊。因此,雖然遵循施工規範第09310章鋪貼壁磚辦理,瓷磚卻仍有剝離掉落的不幸事件。
因此,營建署結合產官學,參考多國標準:如美國ANSI 118.4、歐盟EN 12004、日本 JIS A5548及國際標準ISO 13007,歷經多次修訂,最後參照及對應ISO
13007,制定陶瓷面磚-填縫劑與接著劑標準草案,提交審議。
該標準在西元2010年11月17日由標準檢驗局於公布,標準共分為4部,分別為:
1.CNS 16145-1:2020 陶瓷面磚—填縫劑與接著劑—第1部: 接著劑用語、定義及規範。
2.CNS 16145-2:2020 陶瓷面磚—填縫劑與接著劑—第2部: 接著劑試驗法。
3.CNS 16145-3:2020 陶瓷面磚—填縫劑與接著劑—第3部: 填縫劑用語、定義及規範。
4.CNS 16145-4:2020 陶瓷面磚—填縫劑與接著劑—第4部: 填縫劑試驗法。
標準制定內容說明
新標準涵蓋了三類型陶瓷面磚-填縫劑與接著劑:如水泥質型(C)、分散型(D)及反應樹脂型(R)的性能要求。由於臺灣市場目前使用最多的是,水泥質型瓷磚接著劑,因此本文將先針對其作解說。
新標準將水泥質型(C)接著劑,分為標準型(C1)和改質型(C2),表1所列是水泥質型(C)接著劑的基本要求與規範。
表 1 水泥質型接著劑(C) 規範
標準水泥質型 C1 |
改質水泥質型 C2 |
|
28天拉伸接著強度 |
≥ 0.5 N/mm2 |
≥ 1 N/mm2 |
浸水後拉伸接著強度 |
≥ 0.5 N/mm2 |
≥ 1 N/mm2 |
熱老化後拉伸接著強度 |
≥ 0.5 N/mm2 |
≥ 1 N/mm2 |
凍融循環後拉伸接著強度 |
≥ 0.5 N/mm2 |
≥ 1 N/mm2 |
拉伸接著強度:
在新標準內規定,拉伸接著強度試樣的製造,是在接著劑塗抹於底材(標準混凝土板)後,必須最少先靜置20分鐘,再鋪貼陶瓷面磚。這個靜置時間,又稱為晾置時間(open time)。
晾置時間的正式定義是,接著劑塗抹後,在符合規定的拉伸接著強度要求下,維持可以舖貼面磚之最長時間。這是反應及對應實務上,施工者塗抹接著劑時,首先是塗抹約1平方公尺的面積後,再逐一的舖貼瓷磚,並分別施壓及調整相對位置。由於塗抹接著劑到舖貼瓷磚,有一段時間差異,而水泥質接著劑在這段塗抹後到貼瓷磚的過渡期間,接著劑則因水泥水化、表面蒸發及底材吸水的緣故,接著劑表面會形成一個略為乾固的殼膜,如圖1。
圖 1 接著劑表面乾固成膜示意圖
此乾固的殼膜,影響接著力至鉅。水泥質接著劑規定,晾置時間為20分鐘的拉伸接著強度,標準型(C1)必需大於或等於0.5 N/mm2;改質型(C2)接著劑,則為大於或等於1.0 N/mm2。
除了常溫養護28天後的拉伸接著強度,也增加了浸水後,熱老化後及凍融循環後的三項拉伸接著強度。養護條件如下:
1. 標準條件養護後拉伸接著強度:標準條件(23±2oC,RH 50±5%) 養護28天。
2. 浸水後拉伸接著強度:標準條件養護7天後,浸水21天。
3. 熱老化後拉伸接著強度:標準條件養護14天後,70±3oC熱空氣烘箱14天。
4. 凍融循環後拉伸接著強度:標準條件養護7天,浸水21天後,再做25次凍融循環(-15±3oC冷空氣2小時,20±3oC水中2小時,此為1個循環),最後標準條件養護24小時以內。
水泥質瓷磚接著劑的拉伸接著力,經上述的加速老劣化後,至少須維持常溫養護28天的拉伸接著強度。換言之,加速老劣化後的拉伸接著強度,不能小於加速老劣化前的拉伸接著強度。
水泥質型接著劑(C)的特殊特性規範說明
由於陶瓷磚的應用範圍非常廣泛,對目前施工時的所遭遇的特性,若只規定接著劑的最低拉伸接著強度,其實並不完備。因此,對下列特殊性能予以規範。
1.抗滑移性(T)
2.快凝接著性(F)
3.可變形性(S)
4.延長晾置時間(E)
5.外裝膠合板接著型(P)
抗滑移性(T)
由於陶瓷磚生產科技的進步及自動化,瓷磚的樣式越來越多元化,尺寸越做越大,單片瓷磚的重量也變重。這些特種面磚在施工時,常有舖貼面磚時,因受重力影響,產生如圖2的向下滑移現象。
圖2 磚向下滑移示意圖
因應此需求及現況,瓷磚接著劑除了拉伸接著強度的要求外,也需要具備類似瞬間抓力特殊性能,如圖3防止面磚向下滑移的搖變性。針對此滑移現象,新標準增加了接著劑具有抗滑移性的特殊特性的規範。
抗滑移性的測試方法:在規定的混凝土試驗底材上,抹塗接著劑後,上貼尺度為100mm x 100mm x 8-10mm、質量重為200±10g的無上釉無花紋全瓷化面磚,並施以5公斤重塊壓貼後,隨之將混凝土板立起,20分鐘後,檢視面磚向下滑移的距離。
圖3 沒有向下滑移的瓷磚
快凝接著性(F)
快凝接著性,顧名思義就是水泥質接著劑的接著拉伸強度,必須在很短的時間內,快速達到最終的強度。此為因應在影響營運最低的條件,必須在短時間內重新開放使用的緊急工事。如百貨及店面裝修、醫院、車站等裝修工事。快凝型水泥質接著劑的規範,如表2所示
表2 快凝型水泥質接著劑的規範
F-快凝接著劑 |
拉伸接著強度 |
≥ 0.5 N/mm2 (6 h內) |
晾置時間:拉伸接著強度 |
≥ 0.5 N/mm2 (經10 min以上) |
|
所有其他要求至少與表1所列C1接著劑要求相等或較佳 |
參照表1之C1接著劑項下 |
快凝接著劑拉伸接著試樣,製造時的晾置時間則縮短為10分鐘,而且需在6小時以內,達到標準型28天強度。且其經耐久性劣化後的接著強度,最低仍須保持未劣化測試前的強度。
可變形性(S)
近年來鋼骨柔性結構的高層建築的盛行,地震頻繁,加上氣候變遷、日夜溫差變大、強力寒流過境產生的懸崖式的升降溫差,建築物受此諸多外力影響,產生變形量加大。此變形量加大,對於硬固型的水泥質瓷磚接著劑,則會產生如圖4的剪切應力,造成瓷磚剝離及脫落。因此新標準對於接著劑增加橫向變形的附加特性,目的是要提供固化後的接著劑,受到面磚與固著表面間應力,導致變形之能力,但不損及舖貼表面的可變型性(deformability)。
圖 4 瓷磚接著面變形的示意圖
規範分為,可變型S1和高度可變型S2兩類型,如表3。變型量以橫向變形測試法檢測。
表 3 可變型接著劑
編號分類 |
橫向變形量要求 |
|
可變型接著劑 |
S1 |
≥ 2.5 mm, < 5 mm |
高度可變型接著劑 |
S2 |
≥ 5 mm |
橫向變形(S)測試,是將硬固的接著劑試樣,於三點載重破壞時,對中間點所記錄的撓曲度。試驗法為,將水泥質接著劑依規定方法製成尺度 (300mm x 45mm x 3mm)的試樣,在養護26天後,做三點橫向變形,直至破壞為止。自開始測試的起始點,到破壞產生時的變形量,即為橫向變形量。試驗組合架,如圖5所示。
圖5 橫向變形量測試件
延長晾置時間(E)
由於水泥質接著劑,在高溫、高濕、多風的環境及西曬的牆面,接著劑表面更容易成殼膜。新標準增加了延長晾置時間(E)特殊特性的規範。延長晾置時間(E)型,是30分鐘後舖貼面磚,仍必須維持20分鐘的最低拉伸接著強度。
外裝膠合板接著型(P)
標準型及改質型水泥接著劑的試驗底材,為標準的混凝土底材。由於特殊工程或是國情不同,施工底材為可供外裝使用的三合板時,新標準增加了外裝膠合板接著型(P)的特殊特性規範。其拉伸接著強度,仍須具有標準型(P1)必須大於或等於0.5 N/mm2;改質型(P2)則為大於或等於1.0 N/mm2的拉伸接著強度要求。
新制訂標準,除了規範最常用的水泥質型(C)接著劑外,也同時制定了分散型(D)及反應樹脂型(R)的規範。
分散型(D)接著劑
分散型接著劑,多半以膏狀、開罐立即可用的包裝型態出現。常以水性樹脂作為黏著劑主要原料。固化機制是水性樹脂的水分蒸發後,樹脂的膠膜交聯,形成一個近似固態的彈性體。水性樹脂有:純壓克力樹脂、改性壓克力樹脂、苯乙烯橡膠乳液、醋酸乙烯樹脂等。接著劑內有細粒料及多樣功能調整劑,常使用於室內乾式隔間的瓷磚裝修工程。分散型(D)接著劑,分為標準型(D1)和改質型(D2)。如在經常接觸水的場所,也建議使用D2具防水的接著劑,其他特殊特性有抗滑移性(T)、加速乾燥(A)和延長晾置時間(E)。
反應型樹脂型(R)接著劑
反應型樹脂型(R)接著劑,都以兩劑型(樹脂A、硬化劑B)包裝,使用時先須將A劑和B劑,按照製造商規定的比例拌合均勻後,並於建議時間以內塗抹完畢。其接著劑的固化機制,是樹脂A和B劑產生化學反應,形成一個近似固態的彈性體。該接著劑,有環氧樹脂、聚氨脂樹脂、聚脲樹脂等等。而反應型樹脂內,也會加有細粒料及功能調整劑。常使用於特殊場所的裝修工程。反應型樹脂型(R)接著劑,分為標準型(R1)和改質型(R2)。如在經常溫差變化的場所,則建議使用具耐熱衝擊附加特性的R2接著劑。
分散型(D)接著劑和反應型樹脂型(R)接著劑,如水泥質型接著劑,也依拉伸接著強度,區分標準型和改質型。其他的附加特性,如快凝型、抗滑移性、延長晾置時間性,也有類似的規範,請參閱表4。但測試的方法,則與水泥質型接著劑有些部分不同,詳情請參閱標準。
表4 接著劑的分類與稱號
接著劑分類 |
C 水泥質型 |
D 分散型 |
R 反應型樹脂型 |
|
基本性能 |
標準型接著劑 |
C1 |
D1 |
R1 |
改質型接著劑 |
C2 |
D2 |
R2 |
|
附加特性能 |
快凝型 |
F |
A |
- |
抗滑移性 |
T |
|||
延長晾置時間性 |
E |
- |
||
可變形性 |
可變形性 |
S1 |
- |
- |
高度可變形性 |
S2 |
- |
- |
綜合以上,接著劑依據材質分為三類型 ,每一類型接著劑再依不同的附加特性與特殊特性,能有不同組合,並以代號稱呼之,整理如表5。
表5 接著劑稱呼及種類之示例
型號 |
編號 |
分類 |
描述說明 |
C |
1 |
標準水泥質型接著劑 |
|
C |
1 |
F |
快凝水泥質型接著劑 |
C |
1 |
T |
具抗滑移性標準水泥質型接著劑 |
C |
1 |
FT |
具抗滑移性快凝水泥質型接著劑 |
C |
2 |
具改質特性水泥質型接著劑 |
|
C |
2 |
E |
具改質特性與延長晾置時間之水泥質型接著劑 |
C |
2 |
F |
具改質特性快凝水泥質型接著劑 |
C |
2 |
T |
具改質特性與抗滑移性之水泥質型接著劑 |
C |
2 |
TE |
具改質特性、抗滑移性及延長晾置時間之水泥質型接著劑 |
C |
2 |
FT |
具改質特性與抗滑移性之快凝水泥質型接著劑 |
D |
1 |
標準分散型接著劑 |
|
D |
1 |
T |
具抗滑移性標準分散型接著劑 |
D |
2 |
具改質特性分散型接著劑 |
|
D |
2 |
A |
具改質特性加速乾燥分散型接著劑 |
D |
2 |
T |
具改質特性與抗滑移性之分散型接著劑 |
D |
2 |
TE |
具改質特性、抗滑移性及延長晾置時間之分散型接著劑 |
R |
1 |
標準反應樹脂型接著劑 |
|
R |
1 |
T |
具抗滑移性標準反應樹脂型接著劑 |
R |
2 |
具改質特性反應樹脂型接著劑 |
|
R |
2 |
T |
具改質特性與抗滑移性之反應樹脂型接著劑 |
備考:可依不同的特性符號之組合插入附加的稱呼。例:C2ES1P1表示具延長晾置時間及標準接著至外裝膠合板之可變形、改質水泥質型接著劑。 |
CNS16145 標準規定產品包裝上,應清楚標示接著劑的類型,如有必要,可標示特殊性質的資訊,如圖6 C2S1TE益膠泥的包裝所示。
圖6 C2S1TE益膠泥包裝的正面照
結語
綜上所述,新的陶瓷面磚接著劑國家標準CNS16145已經制定公布,該標準補足了原本CNS12611沒有涵蓋的水泥質型接著劑規範,規範詳細規定,標準型水泥質接著劑,所需具備的多項老劣化養護後的拉伸接著強度,同時對特殊條件的實務上,如面磚向下滑移、趕工需求、冷脹熱縮等等,也有改質型水泥質型接著劑的附加特性規範。
和ISO標準接軌的CNS16145陶瓷面磚接著劑標準的建置後,不僅能提升國內產品品質,與進口的國際大廠並駕齊驅,也可創造外銷機會,對產業的長期發展具有助益。對於使用的消費者或施工者而言,完備的接著劑標準規範,提升了鋪貼瓷磚的施工品質,更能保障消費者的權益,同時也延長了建築物的生命週期,達到節能減碳的效益。
由於新的標準規範詳盡,對於非專業的人員而言,稍微複雜,因此特撰此文解說,盼能對瓷磚接著劑使用的單位及人員有所助益。最後新標準也規範常被忽視的填縫劑品質規範,將於另文解析。
參考文獻
1. 林世堂(1993)。外牆瓷磚剝落原因及對策探討,空間雜誌特別增刊:建築技術4,頁284-291
2. 翁佳樑、楊詩弘(2010)。台灣地區建築外牆磁磚脫落問題之研究,行政院國家科學委員會專題研究計畫。
3. 翁佳樑(2016)。建築外牆飾面材料 安全檢查機制建立之研究,內政部建築研究所。
4.張渝樺(1029)。地磚黏著性與隆起問題之研究,台灣科技大學。
【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】
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