南星顏料廠公司 董事長 林世堂
土木/大地技師 陳榮福
摘要
CNS 12611陶質壁磚用接著劑 (Organic adhesives for ceramic tiles),長久以來是鋪貼壁磚時選用膠泥常引用的標準,也是公共工程施工規範09310章鋪貼壁磚所引用的膠泥標準,但成效不彰,瓷磚脫落仍常有所聞。對此,政府參考ISO,於2020年11月公布新的瓷磚膠泥標準CNS 16145陶瓷面磚-填縫劑與接著劑 (Ceramic tiles- Grouts and adhesives)。CNS 16145,除了對膠泥使用原料有更寬廣的分類、增加多種耐久性測試外,尤其對塗抹膠泥後到貼磚的晾置時間上,有更明確的規定。
本研究對4種分別符合不同新舊標準的膠泥,在現場做6種晾置時間,分別為0, 5, 10, 15, 20和25分鐘的28天接著強度測試。結果顯示膠泥的接著強度,都會隨晾置時間延長而減損。但CNS 12611膠泥的晾置時間短,造成貼磚周期內的接著強度分布不均且差異懸殊,埋下日後瓷磚剝落的危機。而CNS 16145產品的晾置時間長,強度減損速度都明顯小於CNS 12611,貼磚周期內的接著強度,都能達到最低強度要求。易言之CNS16145膠泥比CNS12611膠泥,更具瓷磚接著力的穩健度,值得工程使用。本研究也比較現場與實驗室環境下的強度差異,結果顯示工地的接著強度減損速度快過實驗室。此研究結果,值得施工人員於選用膠泥;及產官學界未來修定公共工程施工規範09310章時參考。
一、前言
CNS12611陶質壁磚用接著劑 (Organic adhesives for ceramic tiles),長久以來是鋪貼壁磚時選用膠泥常引用的標準,也是公共工程施工規範09310章鋪貼壁磚所引用的膠泥標準,但外牆瓷磚接著劣化脫落仍時有所聞,對人民生命安全之危害,是相當大的隱憂。造成瓷磚剝落的原因很多[1,2,3],常被詬病的是施工師傅的施工品質與瓷磚接著劑 (以下簡稱膠泥)的良窳[3,4,5]。但過去由於CNS12611是有關瓷磚接著劑唯一有的標準,雖然它是針對有機樹脂的膠泥,主要適用於屋內壁面鋪磚時所用之有機接著劑,與台灣建築內外牆面磚,常使用之無機水泥質瓷磚接著劑材料不同,權衡得失,聊勝於無,且行之多年。
但由於近年來瓷磚剝落頻繁且日益嚴重[6],因此政府參考國際標準ISO13007於2020年11月公布新的瓷磚膠泥標準CNS16145陶瓷面磚-填縫劑與接著劑。CNS16145對膠泥主原料的化學原料則分三類:「水泥質(C)、分散型樹脂(D)和反應樹脂(R)」,也增加膠泥耐老劣性的多種測試。在施工品質的性能要求,尤其對塗抹膠泥後到貼磚的晾置時間20分鐘和30分鐘後的最低接著強度上有更明確的規定。總之,CNS16145膠泥標準從原料涵蓋、耐老劣化性能和施工品質的要求,都比CNS12611更為完備[6,7]。
本研究比較符合CNS12611或CNS16145的4種膠泥來黏貼3種不同吸水率及尺寸的二丁掛,在工地對不同貼磚時間影響膠泥接著強度的程度[2, 3]。經由強度差異變化,變異的敏感度分析及折減趨勢,瞭解不同標準及規格的膠泥產品對環境變異的穩健度。本研究也比較現場測試與實驗室環境下的強度差異,期望此研究結果可以讓營造商在選擇膠泥時除了單價、接著強度外,更應考慮膠泥的穩健度,才能讓貼磚工程的品質,全部都能達到規定要求之強度,及未來修定公共工程施工規範09310章時參考。
二、實驗計畫
(一)試驗材料
本研究使用3種外牆壁磚(二丁掛),4種膠泥在晾置時間分別為0,5, 10,15,20和25分鐘時貼磚,經自然養護28天後,現地做拉伸強度測試。 二丁掛磚符合CNS9737「陶瓷面磚」[8]及膠泥部分產品符合CNS12611或CNS16145-1「陶瓷面磚-填縫劑與接著劑-第1部:接著劑用語、定義及規範」的性能[9],參見表1及表2。
表1 二丁掛性能表
瓷磚代號 |
尺寸 (mm) |
吸水率 (%) |
背溝深度(mm) |
單片重量(g) |
A |
240 X 40 X 10 |
0.83(Ib類) |
2.18 |
183.40 |
B |
240 X 40 X 10 |
0.49(Ia類) |
1.70 |
198.15 |
C |
231 X 60 X 12 |
0.28(Ia類) |
1.62 |
277.16 |
表2 膠泥性能表
膠泥代號 |
CNS 12611 |
CNS 16145規格 |
粉體:水 (重量比) |
T1 |
符合 |
不符 |
1: 0.30 |
T2 |
-- |
C1T |
1: 0.315 |
T3 |
-- |
C2TE S1 |
1: 0.35 |
T4 標示高彈性 |
符合 |
不符 |
1: 0.284 |
試驗組合編號說明如表3。
表3 試驗組合編號範例說明
BT3-15 |
B磚(第二種二丁掛) T3膠泥(品質為C2S1TE) 在抹膠泥15分鐘後貼磚 |
設備: 拉拔試驗機 拉力範圍1.6-16 KN。見圖1。
圖1 Proceq公司DY-200
試驗步驟:在塑膠桶內放入已秤重的膠泥後,倒入建議加水量平均重量的水。用手提攪拌機(RPM 1050),以山形攪拌葉片攪拌20秒,靜置3~5分鐘。再攪拌20秒,接著用6 mm的齒狀鏝刀塗抹膠泥,見圖2
圖2 塗抹膠泥
每一種膠泥,塗抹面積寬約180公分、高約200公分。在齒狀鏝刀刮出條紋後,計時開始,並開始貼A、B、C三種二丁掛,每種6片。此為0分鐘的貼磚時間。之後不可再用齒狀鏝刀重新塗抹,見圖3。
圖3 貼磚開始
經五分鐘後再貼A、B、C三種磚。以此類推做10, 15, 20和25 分鐘。待T1膠泥完成25分鐘的貼磚後,再用乾淨桶,重新拌合T2膠泥並重複上述程序,直到25分鐘開始T4膠泥貼完面磚為止,見圖4。
圖4 貼磚結束
在第27天時,用砂輪機切割各3片的A及B二丁掛成4 cm X 4 cm和C二丁掛為5 cm X 5 cm,並在二丁掛表面以環氧樹脂黏貼拉伸接著專用鐵件。第28天做拉伸接著力檢驗,記錄最高荷重並計算接著強度,見圖5。
圖5 拉伸接著力檢驗
三、結果與討論
瓷磚的接著力[9]是用拉力試驗機對瓷磚做單軸拉升到破壞的最大應力。影響接著強度的因素很多,瓷磚的吸水力、重量、背溝形狀與尺寸[10]、背面粗糙度、底材吸水率、膠泥品質等等。以下分別探討。
(一)接著強度
現場的接著力測試,是使用可攜式拉拔試驗機,對瓷磚黏結面做單軸拉升,直到破壞為止,記錄最大荷載。接著強度是最大荷載除以面積,結果整理如表4所示。接著強度是同一種瓷磚3個試體的平均值。平均接著強度是同一膠泥,同一貼磚時間,3種不同瓷磚接著強度的平均值。經自然條件養護28天後做拉拔測試。
表4 第28天接著強度結果
瓷磚 |
A |
B |
C |
|
接著強度(kgf/cm2) |
接著強度 |
接著強度 |
接著強度 |
平均接著強度 |
T1-0 |
10.39 |
13.72 |
10.83 |
11.65 |
T1-5 |
6.74 |
4.82 |
6.60 |
6.05 |
T1-10 |
3.49 |
6.14 |
3.67 |
4.42 |
T1-15 |
-- |
-- |
1.71 |
0.57 |
T1-20 |
-- |
-- |
3.87 |
1.29 |
T1-25 |
-- |
-- |
-- |
-- |
T2-0 |
12.62 |
14.49 |
15.08 |
14.06 |
T2-5 |
12.47 |
14.40 |
10.30 |
12.39 |
T2-10 |
12.92 |
10.01 |
10.55 |
11.16 |
T2-15 |
7.29 |
11.75 |
6.58 |
8.54 |
T2-20 |
-- |
-- |
4.02 |
1.34 |
T2-25 |
-- |
-- |
-- |
-- |
T3-0 |
12.64 |
12.09 |
14.03 |
12.92 |
T3-5 |
13.40 |
14.02 |
16.67 |
14.70 |
T3-10 |
13.34 |
14.83 |
8.69 |
12.29 |
T3-15 |
13.45 |
12.26 |
11.14 |
12.28 |
T3-20 |
8.65 |
13.13 |
9.74 |
10.51 |
T3-25 |
8.30 |
7.31 |
7.87 |
7.83 |
T4-0 |
11.05 |
16.75 |
14.28 |
14.03 |
T4-5 |
14.09 |
13.34 |
13.35 |
13.59 |
T4-10 |
6.95 |
6.78 |
12.74 |
8.82 |
T4-15 |
6.05 |
6.95 |
7.36 |
6.79 |
T4-20 |
7.20 |
4.80 |
6.97 |
6.32 |
T4-25 |
7.22 |
2.30 |
5.00 |
4.84 |
1.瓷磚對接著力的影響
CNS9737對陶瓷面磚,依吸水率分為4類: Ia類 0.5%以下,Ib類 3%以下;II類 10%以下;III類 50%以下。國家標準對外牆壁磚另有額外規定,面積60 平方公分以上,必須作倒勾狀背溝,深度須在1.5 mm以上[10, 11]。本次研究選擇3個二丁掛磚 (A、B及C),性能參見表1。A磚的吸水率0.8% 屬於Ib類,B和C磚的吸水率小於0.5% 屬於Ia類。背溝深度A磚為 2.18 mm,B磚 1.72 mm和C磚1.62 mm,都符合外牆壁磚的規定。其中C類的磚厚度及重量都大於A及B 磚。
一般營造商只會選購一種膠泥貼附內外牆面磚。所以膠泥的性能應該適用於各種規格的陶瓷磚,同時還要能達到接著強度的最低要求。
本小節主要透過分析不同膠泥黏貼A、B及C磚接著力的結果,歸納出一個不被瓷磚影響的穩健型膠泥。圖6貼磚時間為0分鐘時,不同膠泥對A,B和C磚的接著強度分布區間從10.39kgf/cm2到16.75kgf/cm2,全部都高於10 kgf/cm2。其中AT1-0、AT2-0、AT3-0 和AT4-0的強度都位於10到12.6 kgf/cm2表明A磚的接著強度受到膠泥的影響不大。而BT1-0、BT2-0、BT3-0 和BT4-0的強度都位於12到16 kgf/cm2區間,不同膠泥彼此間的強度差異不顯著。C磚也有類似結果,膠泥彼此間的強度差異不大。因此判定貼磚時間為0分鐘時,瓷磚種類不會影響接著強度,而且膠泥種類對接著強度的增益性能不顯著。
圖6 瓷磚接著強度(貼磚時間0分鐘)
【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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