南星顏料廠公司 董事長 林世堂
土木/大地技師 陳榮福
圖7為貼磚時間為10分鐘，不同膠泥對A、B和C磚的接著強度分布圖。接著強度的分布區間從3.49 kgf/cm2到14.83 kgf/cm2，接著強度彼此間的差異很大。AT1-10、BT1-10和CT1-10 分別為3.49 kgf/cm2、6.14 kgf/cm2 和3.67 kgf/cm2，顯示T1-10的膠泥貼不同的A、B和C磚的接著強度差異不大。
圖7 瓷磚接著強度(貼磚時間10分鐘)
AT2-10、BT2-10及CT2-10分別為12.47kgf/cm2、10.01kgf/cm2及10.05 kgf/cm2，顯示用T2的膠泥貼A、B和C磚的接著強度很差異很小。同理用T3和T4膠泥的接著強度分別都落在一定的誤差內。推論貼磚時間為10分鐘條件下，瓷磚種類影響接著強度的程度低。而是膠泥種類對接著強度的影響非常顯著。
圖8為貼磚時間20分鐘，不同膠泥對A、B及C磚的接著強度分布圖。接著強度的分布區間從0.0 kgf/cm2到13.13 kgf/cm2，接著強度彼此間的差異很大。AT1-20、BT1-20及CT1-20 都是拉拔機一啟動就停機，顯示沒有接著強度，用0.0 kgf/cm2表示。AT2-20、BT2-20及CT2-20分別為0.0 kgf/cm2、0.0 kgf/cm2和4.02 kgf/cm2，基本上也是沒有接著強度。但是AT3-20、BT3-20及CT3-20的則為8.65 kgf/cm2、13.13 kgf/cm2及9.74 kgf/cm2，AT4-20、BT4-20和CT4-20的則為7.20kgf/cm2、4.80 kgf/cm2 和6.97 kgf/cm2，顯示使用同一種膠泥對A、B及C三種瓷磚的接著強度差異不明顯。推論貼磚時間為20分鐘，瓷磚種類對接著強度的影響程度低。也是膠泥種類對接著強度的影響非常顯著。
綜上分析，合乎CNS 9737外牆壁磚的二丁掛雖有Ia類和Ib類吸水率和尺寸及重量的不同，但從試驗結果分析可以合理推論二丁掛影響接著強度的程度低，主要影響接著強度的因子是膠泥的種類。換言之，膠泥品質影響接著強度。
圖 8 瓷磚接著強度(貼磚時間為20分鐘)
2.貼磚時間對接著力的影響
晾置時間的定義，是膠泥一經塗抹後，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。但是膠泥一經塗抹在牆或底材上，膠泥會因到水泥水化速度、環境溫濕度、風吹日曬、底材吸水等多種加總因素影響，膠泥表面會形成一個略為乾固的殼膜[3]。此殼膜在鋪貼瓷磚時如果不能被壓擠破皮，釋出濕潤的膠泥滲入背溝或黏結面磚，膠泥的有效接著面積就會變小或喪失，影響接著力至鉅。因此膠泥的有效貼磚時間是隨時間推移及環境條件的改變而隨時變異。所以晾置時間並不是一個固定值(Fix value)的時間，而是一個動態的貼磚時限(Dynamic time frame)。
晾置時間在實務上與貼磚工序和周期息息相關，施工者首先塗抹一片面積的膠泥在牆或底材上後用齒狀鏝刀上下左右來回的刮出條紋，接著逐片逐片的貼附面磚後，再回頭來調整面磚彼此間的相對位置到面磚定位，以上為一個貼磚周期。周期的快慢因技術者或工班的人員不定。由於鋪貼面磚是屬於周期性的工序循環進行，如果貼磚周期所需時間少於晾置時間，換言之施工者能在晾置時間以內能完成從塗抹膠泥開始到面磚定位的周期，代表日後膠泥的接著強度都能符合品質要求。若是貼磚周期比晾置時間長，代表在晾置時間內的所貼面磚的接著強度雖然可以達到要求，但是超過晾置時間後所貼的面磚，應該就不會達到接著強度的要求。
圖9 膠泥接著強度變化表
圖9顯示，所有膠泥的接著強度，隨著時間的進行都呈逐漸降低的趨勢。換言之，換言之，接著強度和時間關係，簡化用負斜率的一次方程式表示。斜率(強度降低的速率)視膠泥種類不定。T1從貼磚時間0分鐘後就呈陡降式下滑。T2則平穩下降到20分鐘後突然下降，25分鐘雖有一點回升，但整體趨勢還是下滑的。T3維持強度到20分鐘為止，25分鐘則略為下降。T4 強度維持5分鐘後急降，接著平穩降低。由於接著強度與膠泥表面成殼的快慢與厚薄相關，所以膠泥的品質決定了晾置時間的長與短。因T2膠泥和T3膠泥的品質都符合CNS
16145的C1和C2規範，所以膠泥的強度變化小。T1膠泥就明確的顯示膠泥的成殼速度過速，導致接著強度急遽下滑。T4膠泥的雖然包裝袋上標稱「彈性」瓷磚膠泥，但在強度降低的速度上，仍然快過T2和T3 膠泥。綜合以上，符合CNS 16145的T2和T3膠泥的強度降低的速度，都小於CNS12611的T1和T4。
圖10是4種膠泥在6個貼磚時間點( 0, 5,10, 15, 20和25分鐘)黏貼面磚的接著強度分佈圖。0分鐘時，T1-0、T2-0、T3-0和T4-0膠泥的接著強度分別為11.65、14.06、12.92和14.03 kgf/cm2。若以公共工程施工綱要規範要求至少要不小於10 kgf/cm2，4種膠泥的晾置時間都超過0分鐘。5分鐘時，T1-5、T2-5、T3-5和T4-5膠泥的接著強度分別為6.05、12.39、14.70和13.59 kgf/cm2。T1的接著強度小於10 kgf/cm2，所以T1的晾置時間小於5分鐘。若以線性內插法推估，T1的晾置時間約為1.5分鐘。
10分鐘的結果，T2-10、T3-10和T4-10膠泥的接著強度分別為11.16、12.29和8.82 kgf/cm2。由於T4-10的接著強度為8.82 kgf/cm2小於10 kgf/cm2，因此T4的晾置時間位於5到10分鐘區間。以內差法推估為8.5分鐘。
15分鐘時，T2-15和T3-15的接著強度為8.54 kgf/cm2 和12.28 kgf/cm2。因T2-15的接著強度為8.54 kgf/cm2小於10 kgf/cm2，因此T2的晾置時間位於10分鐘和15分鐘之間。以內差法推估為12分鐘。
20分鐘時，T3-20的接著強度分別為10.51 kgf/cm2。而25分鐘時，T3-25的接著強度減為7.83 kgf/cm2小於10 kgf/cm2，因此T3的晾置時間位於20分鐘和25分鐘之間，以內差法推估為21分鐘。
綜上分析，接著強度隨著貼磚工序的進行，都有降低的趨勢。降低速度與膠泥表面成殼速度有關，和膠泥的品質有關。從試驗結果推論T3的晾置時間21分鐘，T2的12分鐘次之，第三為T4的8.5分鐘，最短的是T1的1.5分鐘。從貼磚的實務上，使用符合CNS 16145 的T2和T3膠泥在12分鐘內所貼出來的瓷磚，其接著強度都高於公共工程所要求的10 kgf/cm2。
若使用T1膠泥，則必須在1.5分鐘內和T4的8.5分鐘內完成，由於可使用時間短，容易造成接著強度分布不均，埋下日後瓷磚部分剝落的危機。
圖10貼磚時間對膠泥接著強度的影響
3.實驗室測試結果與現場測試結果的比較
CNS16145[10]規定，水泥質膠泥(C)依照接著強度分兩大類，20分鐘晾置時間的拉伸接著強度，標準型（C1) 必需大於或等於5.10 kgf/cm2 (0.5N/mm2)，改質型(C2) 接著劑為大於或等於10.2 kgf/cm2 (1. 0 N/mm2 )，環境條件為恆溫恆濕的實驗室環境，測試用面磚的吸水率15%。 本次實驗使用的膠泥T2 (C2T) 和T3 (C2TES1)都是防垂型的C2T等級，T3(C2 TE S1)的E性能又多了30分鐘晾置時間的接著強度也要大於或等於10.2 kgf/cm2 (1. 0 N/mm2 )和彈性(S1)。也就是T3的晾置時間比T2多10分鐘。
本次試驗結果，雖然試驗用面磚和環境條件不同於實驗室條件，但變化結果和趨勢和實驗室結果類似。實驗室的結果是T3的晾置時間比T2多10分鐘，現場的結果是T3的21分鐘比T2的12分鐘多9分鐘，兩者幾乎無差異。另一結果也同時顯示在現場環境下，T3從30分鐘縮短成21分鐘；T2從20分鐘縮減為12分鐘，T2和T3晾置時間都同時縮短8~9分鐘，因此可以推論實驗室的數據應該可以預估現場的結果。綜上分析，實驗室結果和現場結果經比對分析，兩者具有很好的相關性。實驗室結果可以有效反映現場的結果，只是需要折減晾置時間。
由於本次現場的環境條件為半室外通風良好，溫度為23.9℃，濕度RH 60%的開放空間，晾置時間實驗室值在現場需要折減10分鐘。若是全室外，高溫，日照的條件下，晾置時間的折減時間建議是15~20分鐘。
從實務上，若晾置時間折減15~20分鐘，C2級膠泥的晾置時間會從原本20分鐘縮短為0~5分鐘，C2TE級膠泥的晾置時間則從30分鐘縮減成10~15分鐘。這個時間內能否完成一個鋪貼面磚施工周期，值得和現場施作工班再度確認，是否時間足夠充裕。
四、結語
本實驗主要目的在探討新舊版CNS標準之瓷磚膠泥在現場施工性及接著性能之評比，經上述之分析，有如下之結論:
1.塗抹膠泥到貼磚時間的長短會影響接著強度。
2.所有膠泥的接著強度都有因貼磚時間拉長，強度降低的趨勢。但降低幅度與速率因膠泥種類有很大的差異。
3.CNS 12611膠泥的可使用時間短，T1必須在1.5分鐘內和T4的8.5分鐘內完成，容易造成每片瓷磚接著強度的不同，貼磚周期內的接著強度分布不均，埋下日後瓷磚部分剝落的危機。
4.合乎CNS16145國家標準的膠泥，所施作的瓷磚接著強度較高，接著強度降低的起始時間點比CNS12611的膠泥晚；同時強度降低的幅度和速度都較平緩，因此貼磚周期內的接著強度差異不大。施工品質穩定。
5.晾置時間是膠泥的有效貼磚的時限，它隨時間和環境因素隨時在變短，它是一個動態的時間區域，不是定值。
6.CNS16145標準的膠泥產品，在實驗室測得的晾置時間，在現場會縮短8~10分鐘。
7.面磚種類不會影響接著力
由上述結論，加上比對現場和標準條件結果的差異，本研究提出下面建議作為主管機關及工程顧問、營建業界參考:
(1)一個有效的鋪貼面磚其使用膠泥的晾置時間一定要超過貼磚施工周期的時間。穩健膠泥的品質特質是具有長的晾置時間。
(2)依CNS 16145標準測得之晾置時間，可供現場參考，但需折減10~15分鐘。
(3)建議公共工程委員會施工規範第09310章 鋪貼壁磚 第1.5.3 小節 接著強度試驗之條文，修改成 " 承包商無論採用何種化學摻料 (接著劑)作為面磚貼著之材料，至少須通過 CNS 16145 接著強度試驗，證明其接著強度不小於 [6] kgf/cm2 [10]kgf/cm2 [ ] kgf/cm2。工程司可要求現場取樣測試，其於塗抹接著劑於壁面，面積不少於1 平方公尺。靜待10分鐘後貼面磚，不可重新鏝抹接著劑。於貼著28天後，應於現場參考ASTM C1583 [ ] 之規定進行10片面磚的拉拔試驗，平均拉拔強度至少應在[6] kgf/cm2 [10] kgf/cm2 [ ] kgf/cm2以上。"
(4)為了能更完整評估實驗室測得晾置時間在實際施工時的折減量，我們建議未來研究者可以在不同環境條件下做類似的試驗。
本實驗感謝土木技師公會技術指導，賴辛科師傅現場施作，東騰機構提供場地，禾進營造提供材料及小工，南星顏料廠股份有限公司業務和研發部門多位人員協助。
參考文獻
[1] 林世堂(1993)。外牆磁磚剝落原因及對策探討。空間雜誌特別增刊，(4)。
[2] 林世堂、黃然、何明錦(2012)。"以田口法探討影響磁磚接著結合強度之關鍵因子"。建築學報。82_S: 21-42。
[3] 陳瑞鈴、黃然(2016)。外牆瓷磚接著施工技術手冊研擬。內政部建築研究所協同研究報告。
[4] A. Wetzel, R. Zurbriggen,M. Herwegh, Spatially resolved evolution of adhesion properties of large porcelain tiles, Cement and Concrete Composites, V. 32, Issue 5, 2010,P. 327-338, https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2010.02.002。
[5] Michalak, Jacek. "Ceramic tile adhesives from the producer's perspective: a literature review." Ceramics 4.3 (2021): 378-390。
[6] 廖培桐,謝政達(2022)。避免「瓷磚雨」慎選接著劑。營建知訊471期。P.38-44
[7] 林世堂、陳榮福(2021)。陶瓷面磚接著劑 (CNS 16145) 最新國家標準簡介與解讀。技師報，1304期。
[8] CNS 9737「陶瓷面磚」。
[9] CNS 16145 陶瓷面磚－填縫劑與接著劑－第1部：接著劑用語、定義及規範。
[10]Michalak J, Ziomek R. Assessment of Cementitious Ceramic Tile Adhesives in the Light of Repeatability and Reproducibility of the Tensile Adhesion Strength Measurements. Materials. 2023; 16(12):4245，https://doi.org/10.3390/ma16124245。
[11] 盧珽瑞(2019)。外牆瓷磚背溝形狀與尺寸對抗拉接著強度之影響。內政部建築研究所自行研究報告。
【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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