在現場施工及接著性能之評比(上篇）

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

表2  膠泥性能表

試驗組合編號說明如表3。

表3  試驗組合編號範例說明

設備: 拉拔試驗機 拉力範圍1.6-16 KN。見圖1。

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

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10.39 kgf/cm²到16.75 kgf/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)