出處: 成大昶閎科技股份有限公司
(歡迎分享, 若引用本文發表理論數據或圖示, 請註明出處, 謝謝!)
水泥粉光, 水泥砂漿粉光的簡稱, 一種不多加修飾,
完成面呈現水泥亮面或是霧面的裝飾。
很多朋友對這樣的材質很嚮往, 也懷有許多綺麗的幻想;
然而長久以來, 大眾對這樣的裝飾法缺乏材料科學的理解,
常常造成花費與預期不符, 幻影破滅!
本文以科學的角度, 提供材料微觀結構, 巨觀行為,
來讓大家了解"水泥粉光"的特性,
喜歡她的優點, 接納她的缺陷,
才能架構水泥粉光的異想世界!
首先, 大家要要有水泥材料的基本知識
一般使用的普通型水泥比重約3.15,
台灣生產的普通水泥
28天抗壓強度大多高於425kg/cm^2 (約6000psi,俗稱6000磅)
實際上,
純普通水泥不須添加任何助劑只要經過適當的成形與養護,
要達7000~8000psi並不困難。
強度這麼高? 為何大家不單純使用水泥來做建築就好?
原因除了費用會提高許多之外,
純水泥的體積不穩定是一大因素,
水泥水化固化後, 微結構中的水分脫除, 體積就會收縮,
所以製成的物體體積越小, 越看不出收縮問題,
當體積越大,
必須要加入體積穩定的填充物來避免收縮開裂,
這就是為什麼建築常見
泥作工程的水泥砂漿要加入砂,
結構工程的混凝土要加入砂與石。
添加填充物後, 雖然體積穩定了,
但微結構中水泥生成物與砂(石)產生許多接著界面,
因此, 抗壓強度與純水泥相比下降許多,
這也是為何一般在建築界聽到的
基本結構強度是3000psi, 不是7000~8000psi的原因。
不過現在的水泥混凝土技術已經非常進步,
將水泥, 砂, 石, 搭配卜作嵐材料與助劑,
在能夠調整溫溼度與壓力的空間中養護,
要產出10000~20000psi的水泥製品都不難。
然而一般工地是空間開放的,
不像實驗室有恆溫恆濕機, 或是混凝土廠有恆溫恆濕室,
工地無法控制溫濕度,
所以才會以撒水覆蓋布袋不織布或面板來保持表面濕度,
減少澆灌後水泥材料固化收縮的問題。
接下來喜歡水泥材料, 一定要知道水泥微觀結構長怎樣?
水泥經過與水作用後,
主要形成球形的水化生成膠體,
中間穿插一些針狀與片狀的生成物,
所以天生微結構就是生成物不均勻的堆積,
且彼此間沒有強鍵結做連結,
因此,
這樣的微結構生成物間容易受外力或是溫度的影響而分開,
巨觀的來看, 就是大家常見的裂紋。
依以下示意圖來看,
一. 球狀堆積(如水泥)
水泥材料的微結構屬於球狀結構, 生成物間沒有強鍵結連接,
容易開裂; 雖然如此, 反而不易因為溫度或紫外線等影響,
形成斷鍵,造成材料性能大幅下降, 耐候不佳等問題。
以人來比喻, 就如同一個空間裡站了很多體型不一的人,
大家彼此靠得很緊, 但是肢體間沒有相連結,
地震晃動, 彼此間距離容易開掉，
若空間裡溫度變化, 每個人都能自己承受, 不會影響他人。
二. 鏈狀連結(如Epoxy)
強化地坪常用的環氧樹脂Epoxy等聚合物屬於鍊狀結構,
聚合物單體本身是長長的碳-碳鍊結構,
鏈與鏈之間又有crosslink 連結形成網狀的立體結構，
這樣的結構不易受外力與溫度變化產生變化,
然而, 若有長期曝曬受高溫與紫外線影響, 鏈與鏈間斷開,
還是會形成開裂等劣化行為, 耐候性要特別注意。
以人來比喻, 就如同一個空間中有許多人彼此手牽手,
大家彼此連結的很好,
地震晃動, 彼此也不會分開,
然而,若空間裡溫度高, 大家熱的受不了, 有人鬆手,
那穩固的團隊就會慢慢潰散。
除了, 水泥材料天生易脆的本質,
水泥粉光這種厚度包含底材在3cm以內,
施作在構造物表面, 建築物受力後,
傳遞到表面的力是不均勻的。
因此,
若是底部仍處於局部沉陷的不穩定狀態,
抑或是上下層材料間的黏著不好,
很容易就開裂, 且會持續成長。
加上人為的因素!
因此,
直接在這裡就可以跟大家宣判!
"水泥粉光一定會裂!"
不管是加纖維加勁, 或是保濕,
以及非常完善的濕養護與正確的齡期施作,
以上這些措施, 只能減少裂縫產生的數量與寬度。
喜歡水泥粉光,
就要接受並真心喜歡其顏色不均以及一定會裂的特性,
才不會有幻滅的失落感!
以下, 為了讓大家了解水泥粉光開裂的原因與分類,
做了一些實驗, 提供數據與實際徵狀,
讓各位未來知道如何控制裂縫, 並且做出自己喜歡的創作!
為了彌補水泥材料天生易脆的性質並降低成本,
水泥材料大部分都會添加砂子, 來讓體積穩定避免收縮,
然而水泥與砂的比例若非在工廠裡定量來做混合,
一般在工地現場拌的水泥砂, 因為工人沒有配比觀念,
常造成品質差異極大, 且錯誤觀念一直在師徒間傳遞,
因此, 將一般常見水泥砂配比, 其發生收縮的行為,
依照齡期作量測, 並且整合分析其產生裂縫的型態
讓所有對水泥材料有興趣的朋友, 有工程概念及判斷依據!
根據樂土山莊部落格, "水泥砂漿要加多少水才好抹?" 一文
公共工程委員會規定使用以下照片的坍度錐,
"水泥砂漿拌合後之坍度不得大於6公分"
以下實驗的三個做長度變化率的水泥砂漿試體,
分別為水泥:砂(重量比) 1:2, 1:3, 1:5
其坍度都控制在3公分左右,
3者同一天同一小時後成形後,
在一般攝氏25度,相對溼度65%的空氣中養護,
每天量測其長度, 連續量測28天, 得到以下線型
將以上線型大致分為三個區域, "7天內", "7~14天", "超過14天"
1. 成形後7天內的變形量最大超過0.1mm,
尤其是前3天內最劇裂,這也是為何最好初期要澆水養護,
減少乾縮量的原因。
現場無法養護或是搶工,
無法等7天成熟度達7成穩定再來施工,
當然, 基礎不良, 後續的材料也會跟著開裂。
2. 成形後7~14天區間, 7天的變形量約為0.02mm,
已經縮小為前7天的五分之一,因此, 7天後,
甚至能等到14天再做粉光層, 開裂的機會就會減少。
3. 成形後14~24天區間, 14天的變形量約為0.02mm,
可見成形兩周後真得更穩定了, 只不過一般很難等這麼久。
4. 一般師傅講的水泥量多, 比較容易裂, 其實只對一半。
我們看7天內這個區間,
其實前3天1:5 砂量多的收縮量是比較大的,
此原因是1:5砂量多的, 其添加水量較高,
過多的水在初期快速跑掉,砂漿微結構已經在此產生傷害,
就算有噴水養護也很難救,雖然水分脫除後,
後續3~7天的變形量較低, 傷害已無法挽回。
此外,
1:5 砂量過高, 水泥不足以做好砂粒間的黏結,
通常短時間不到兩周內, 眼睛直接可分辨的裂縫產生,
並且裂縫寬度會逐漸擴大超過0.5mm無法回復。
5. 前人的經驗告訴我們, 打底中砂配比為1:3,
粉光細砂配比為1:2,都是相當的工程經驗累積而來,
雖然說7天內的總體的收縮量比較大,
但是3天內的收縮量不會因為添加水分過多, 過度失水受傷。
而且7天後的收縮量其實就已經穩定成長,
我們可以看到 1:2 ,1:3, 1:5 三條曲線在7天後,
斜率一致表示收縮量差不多,
所以1:2與1:3, 水泥足夠包裹砂粒提供黏結,
只要能夠在初期加以噴水養護,
是可以有效減少裂縫的產生與顯現,
此類的裂縫, 乾燥時眼睛無法分辨, 要在噴水後, 才會浮現。
<噴水後, 可看到裂縫處顏色較深, 未來有裂縫產生, 寬度在0.5mm以內>
以上幫大家歸納的水泥量不足與水泥量足夠產生的裂縫特徵,
其實在看過此文後,
大家用心一點觀察周遭, 也可以輕易分辨!
若是要真正知道已經硬固的水泥砂漿配比是否有按照規定,
可以將取樣的水泥砂漿敲成細粉
然後用市售的浴室清潔劑, 經過攪拌後,
可以將水泥的水化生成物溶解掉, 最後留下砂子,
經過一些理論計算, 就可以得到水泥與砂的比例
對於水泥砂漿裡面是否有添加業主要求添加抗裂的材料,
例如玻璃纖維, 或是防水劑等材料,
玻璃纖維利用以上溶解法, 就可以找到,
防水劑等材料, 因為其擁有有機成分,
利用 IR或是FTIR等紅外線光譜儀, 就可以了解是否有添加,
<無添加防水劑等有機材料>
<有添加防水機等有機材料, 會產生特定的有機峰值>
文章到尾聲
我們來練習一下,
這一個經過鏡面處理的水泥地面, 地面沒有很均勻
有些部位水泥量夠, 有些部位水泥量不夠
其裂縫真的長的不一樣
紅色圈選區域,
可以看到砂粒, 表示水泥漿量不足, 其裂縫就明顯易見。
黃色圈選區域,
比較看不到砂粒, 表示水泥漿量夠, 裂縫只能微微看到。
若是不喜歡裂, 常用區域分割來讓控制裂縫, 看起來像貼磁磚,
當然還有可以減少裂縫的方法,
需要更多細心的工序與費用來完成,
與其如此,
不如看清事實, "愛水泥粉光, 就要愛她的不均勻與裂" !
後記:
補充一些常見設計施工遇到的問題:
1. 常見防水與水泥粉光同時都有需求時,
絕對不要將水泥粉光直接施作在防水層上,
根據經驗, 防水層收縮率與水泥粉光不同,
水泥粉光會被防水層拉裂的非常嚴重。
因此, 當水泥粉光必須要作在防水層上時,
其對策是在防水層表面先批覆一層益膠泥做為緩衝層,
當益膠泥硬固之後再來施作水泥粉光, 可以減少收縮裂縫。
2. 一般大眾會有水泥砂漿起砂的觀念,
實際上大部分是砂漿配比不佳造成,
然而水泥砂漿本質就是莫氏硬度很差的材料,非常不耐磨。
因此除了要使用水泥粉光時, 必須要先跟泥作師傅溝通,
告知粉光完要當完成面, 沒有油漆會再收尾,
因此請其配比要攪好一點, 且抹的漂亮一點。
若需要不吃油吃色與耐磨不起砂, 必須要面層保護來加強。
延伸閱讀, 各式地坪材料的莫氏硬度
http://lotos-garden.blogspot.com/2018/05/blog-post.html#more
3. 當牆面要化妝成水泥粉光, 底層的處理非常重要,
如同化妝前要先遮瑕, 市面上有許多水泥質感化妝品可以選擇,
化完妝後, 對於室外空間, 地板, 浴室或是廚房,
都應該施作表面保護塗料, 長久來看使用性比較不會有困擾。
http://lotos-garden.blogspot.com/2018/05/blog-post.html#more
3. 當牆面要化妝成水泥粉光, 底層的處理非常重要,
如同化妝前要先遮瑕, 市面上有許多水泥質感化妝品可以選擇,
化完妝後, 對於室外空間, 地板, 浴室或是廚房,
都應該施作表面保護塗料, 長久來看使用性比較不會有困擾。
沒有留言:
張貼留言