淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-0308200523495300
中文論文名稱 建築物屋頂防水塗膜材料之附著行為研究
英文論文名稱 Study on Adhesion of Water-proofing Coating for Building Roof
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 林健民
研究生英文姓名 Jian-Min Lin
學號 692311151
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-09
論文頁數 101頁
口試委員 指導教授-張德文
委員-劉明仁
委員-葉祥海
中文關鍵字 防水塗料  附著強度  應變能釋放率 
英文關鍵字 water proof coating  adhesion strength  strain energy release rate. 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究以市售之高分子聚合防水塗料為研究對象。嘗試了解該項材料用於混凝土屋頂建材之附著行為。量測兩物體界面間附著強度之方法包括拉拔、剝離、刮痕、擠壓及水泡試驗等。由於不同試驗之力學機制不同,故無統一理論模式可運用於分析其實驗數據。本研究採破壞能量模式與強度量測方式解讀塗膜材料與 混凝土間之附著強度。理論模式以Hsueh(2002)所建議者探討材料各項參數及環境溫度之影響,藉比較應變能釋放率及破裂能量大小探討附著之破壞性。試驗則採用拉拔黏附試驗,配合溫度、塗膜厚度以及基材表面條件之變化,觀察其影響性,此外亦試圖了解塗膜之耐候性。研究結果發現如下:(1)塗膜楊氏模數及塗膜厚度對其附著性影響較大。楊氏模數愈小者發生附著破壞之機會愈高,塗膜楊氏模數增加時,其附著強度亦提升。塗膜厚度愈厚愈容易發生附著性破壞。(2)塗膜受升溫降溫之溫差作用時會提升塗膜之附著強度。(3)塗膜之柏松比及塗膜寬度之影響極微。(4)實驗觀察可驗證模式各項參數變化對其附著強度所產生的影響。
英文摘要 This study was developed to understand the adhesion between an exterior roof water proof coating of manufactured polymer materials and the concrete substrate. The experiments on the adhesion mechanism can be conducted using pull-off, peer, scratch, indentation and blister tests. Because the mechanisms of the tests are quite different, there would be no unique theory to interpret the adhesion data. This study uses an analytical model from the failure energy theory and the pull-off strength measurements to monitor the adhesion between the coating and the concrete base. The theoretical model suggested by Hsueh (2002) can be used to discuss the influence factors and the temperature effects. One can compare the strain energy release rate with the energy of rupture to determine whether the adhesion fails or not. The tests help to show the effects of temperature, thickness of the coating and roughness of the substrate.
The analysis of coating-substrate failure models and the experiments revealed that (1) the Young’s modulus of the coating material and its thickness affect interface adhesion the most. The lower the Young’s modulus was, the higher the failure probability would be. Greater coating thickness would reduce the adhesion to yield failure. (2) Raising or dropping the temperature to a limit could enlarge the adhesion strength of the coating. (3) Both the Poisson’s ratio of the coating and the coating width has minor effects on the adhesion. (4) The pull-off strength tests can be used to verify the influences of the variables suggested in the theoretical model.
論文目次 中文摘要 …………………………………………………… 一
英文摘要 …………………………………………………… 二
本文目錄 …………………………………………………… I
表目錄 ……………………………………………………… IV
圖目錄 ……………………………………………………… IV
照片目錄 …………………………………………………… V
第一章 緒論 ……………………………………………… 1
1-1 研究動機與目的 ………………………………… 1
1-2 研究方法與內容 ………………………………… 2

第二章 研究背景 ………………………………………… 4
2-1 前言 ……………………………………………… 4
2-2 高分子防水塗料之背景資料整理 ……………… 5
2-2-1 防水塗膜之劣化現象及成因 ……… 5
2-2-2 防水材料之特徵與施工方式 …………………… 10
2-3 塗料與基材之附著行為 …………………………………13
2-3-1 附著機制 ………………………………………… 14
2-3-2 附著性破壞和凝聚性破壞 ……………………… 15
2-3-3 試驗方法與解讀方式 …………………………… 18
2-4 附著力定量試驗 ………………………………… 20
2-4-1 拉拔黏附試驗 ( Pull off test ) …………… 20
2-4-2 剝離試驗 ( Peel test ) ……………………… 21
2-4-3 水泡試驗 ( Blister test ) ……………………27
2-4-4 黏附試驗機 ( Adherometer ) ………………… 27
2-4-5 扭轉黏附法 ( Torque spanner method ) …… 29
2-5 附著力定性試驗 …………………………………………30
2-5-1 方格法及方格黏帶法 …………………………… 30
2-5-2 ×切割黏帶法 ……...…………………………… 31
第三章 附著理論與試驗方法及規劃 …………………… 33
3-1 塗料與基材界面附著能量模式 ………………… 33
3-2 試驗方法及規劃 ………………………………… 37
3-2-1 拉伸試驗 ………………………………………… 38
3-2-2 撕裂試驗 ………………………………………… 40
3-2-3 耐候性試驗 ……………………………………… 42
3-2-4 基材表面平整度 ………………………………… 44
3-2-5 塗膜厚度控制 …………………………………… 45
3-2-6 試體受溫度變化 ………………………………… 45
3-3 試體製作及塗料基本性質 ……………………… 47
3-3-1 水泥砂漿試體製作 ……………………………… 47
3-3-2 防水塗膜施工程序 ……………………………… 48
3-3-3 塗料基本性質 …………………………………… 49
3-4 塗料與基材界面性質測試 ……………………… 51

第四章 試驗與分析結果 ………………………………… 55
4-1 材料試驗結果 …………………………………… 55
4-1-1 拉伸試驗 ………………………………………… 55
4-1-2 撕裂試驗 ………………………………………… 56
4-1-3 水泥砂漿抗壓試驗 ……………………………… 57
4-2 拉拔試驗結果 …………………………………… 58
4-2-1 溫度作用、塗膜厚度和基材表面平整度之影響…58
4-2-2 耐候性試驗 ……………………………………… 61
4-2-3 附著力定性試驗結果 …………………………… 64
4-3 模式參數分析 …………………………………… 65
4-3-1 基本參數假設與說明 …………………………… 65
4-3-2 參數研究 ………………………………………… 65
4-4 觀察與比較 ……………………………………… 70

第五章 結論與建議 ……………………………………… 72
5-1 結論 ……………………………………………… 72
5-2 展望與建議 ……………………………………… 73

參考文獻……………………………………………………… 74
附錄 ………………………………………………………… 79
照片附錄 …………………………………………………… 98


表 目 錄

表2-1 屋頂防水層劣化現象及成因 8
表2-2 屋頂防水層劣化現象與劣化外力之關係 9
表2-3 方格試驗之評定點數表 31
表2-4 x切格黏帶法評定點數 32
表3-1 塗膜試體受溫度作用之試驗規劃表 46
表3-2 塗料之基本物性 50
表4-1 拉伸強度及伸長率試驗結果 55
表4-2 撕裂強度試驗結果 56
表4-3 水泥砂漿試體抗壓強度 57
表4-4 相異表面下不同塗膜厚度對應變化溫度做用之附著強度 59
表4-5 塗料經QUV老化試驗後之附著力 61
表4-6 塗料經鹽水噴霧試驗後之附著力 62
附表A-1 附著性試驗之評定點數表 82
附表C-1 鹽水噴霧裝置之使用條件 86
附表E-1 拉伸強度試驗結果 89
附表E-2 撕裂強度試驗結果 90
附表F-1 塗膜試體受QUV老化試驗及鹽水噴霧試驗後之附著強度 91
附表F-2 溫度變化作用下所對應不同塗膜厚度之附著力(粗糙面) 92
附表F-3 溫度變化作用下所對應不同塗膜厚度之附著力(光滑面) 95


圖 目 錄

圖1-1 研究分析流程 3
圖2-1 圖2-1 附著試驗 (a) 四點彎折;(b) 微片試驗;(c) 邊緣剝層 19
圖2-2 拉拔法 21
圖2-3 裂縫表面位移的三種模式 23
圖2-4 剝離試驗之幾何力學圖示 24
圖2-5 剝離試驗儀器裝置圖 26
圖2-6 水泡試驗示意圖 27
圖2-7 黏附試驗機 28
圖2-8 扭力法 29
圖2-9 損傷狀態評定 30
圖2-10 膠帶黏貼方式 31
圖2-11 膠帶撕開方向 32
圖3-1 薄膜/基材之幾何配置圖 34
圖3-2 拉伸試體尺寸 38
圖3-3 拉伸試驗流程 39
圖3-4 撕裂試體尺寸 41
圖3-5 撕裂試驗流程 41
圖3-6 鹽水噴霧試驗作用條件 44
圖3-7 塗料/基材試體製作流程 47
圖3-8 拉力試驗工模示意圖 52
圖3-9 拉拔試驗測定塗膜附著強度之夾具尺寸 53
圖3-10 附著強度試驗流程 54
圖4-1 相異塗膜厚度於各溫度作用下之附著強度(粗糙面) 60
圖4-2 相異塗膜厚度於各溫度作用下之附著強度(平滑面) 60
圖4-3 塗料經不同QUV老化時間之附著力變化 62
圖4-4 塗料經不同鹽水噴霧時間之附著力變化 63
圖4-5 市塗料定性試驗 a.老化前 b.老化後 64
圖4-6 塗料之塗膜厚度對附著性之影響 66
圖4-7 塗料之塗膜寬度(2 )對附著性之影響 66
圖4-8 塗料之楊氏模數(Ef)對附著性之影響 67
圖4-9 塗料之柏松比(νf)對附著性之影響 67
圖4-10 塗料受溫度作用後對附著性之影響 68
附圖A-1 膠帶黏貼方式 81
附圖A-2 膠帶撕開方向 81
附圖B-1 試片上移位法 83
附圖D-1 拉拔試驗拉伸方向 88
附圖D-2 破裂處 88

照 片 目 錄

照片1 拉伸試驗試體 98
照片2 拉伸試驗前 98
照片3 拉伸試驗過程 98
照片4 撕裂試驗試體 98
照片5 撕裂試驗前 98
照片6 撕裂試驗過程 98
照片7 水泥砂漿試體製作 99
照片8 塗佈防水塗料 99
照片9 老化作用後之塗膜試體 99
照片10 塗膜試體粘貼鋼製工模 99
照片11 沿工模切割塗膜試體 99
照片12 塗膜試體經拉拔試驗後之破壞情形 99
照片13 粗糙面與平滑面之破壞表面 100
照片14 拉拔試驗情形 100
照片15 建研所台南實驗室QUV耐候性試驗機(外觀) 100
照片16 建研所台南實驗室QUV耐候性試驗機(內部) 100
照片17 建研所台南實驗室鹽水噴霧試驗機(外觀) 100
照片18 建研所台南實驗室鹽水噴霧試驗機(內部) 100
照片19 萬能油壓試驗機 101

參考文獻 1. ASTM Designation G53-96, “Standard Practice for Operating Light- and Water-Exposure Apparatus (Fluorescent UV-Condensation Type) for Exposure of Nonmetallic Materials”, American Society for Testing of Materials, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 06.01.
2. Brown H.R., (2000) “Polymer adhesion”, Materials Forum, Vol. 24,
pp. 49-58
3. Chen X., B. You, S. Zhou and L. Wu (2003), “Surface and Interface Characterization of Polyester-based Polyurethane/nano-silica Composites”, Surface and Interface Analysis, Vol. 35, No.4, pp. 369-374.
4. Cotterell B.; Chen Z. (1997), “The blister test-Transition from plate to membrane behaviour for an elastic material”, International Journal of Fracture, Vol.86, No.3, pp.191-198.
5. Evans, A.G. ; Ruhle, M.; Dalgleish, B.J.; Charalambides, P.G. (1990), “Fracture energy of bimaterial interfaces”, Materials Science & Engineering, Vol.126, No.1-2, pp. 53-64.
6. Hsueh, C.H. (2000), “Modeling of Contact-induced Radial Cracking in Ceramic Bi-layer Coatings on Compliant Substrates”, Journal of Materials Research, Vol. 18, No.5, pp. 1275-1283.
7. Hsueh, C.H. (2002a), “Devising a Method to Measure Film Adhesion Through Modeling”, Applied Physics Letters, Vol. 81, No. 9, pp. 1615-1617.
8. Hsueh, C.H. (2002b), “Thermal Stresses in Elastic Multiplayer Systems,” The Solid Films, Vol. 418, No.2, pp. 182-188.
9. Hsueh, C.H. and P. Miranda (2003a), “Modeling of Contact-induced Radial Cracking in Ceramic Bi-layer Coating on Compliant Substrates”, Material Research Society, Vol. 18, No. 5, pp. 1675-1683.
10. Hsueh, C.H. and M. Yanaka (2003b), “Multiple Film Cracking in Film/substrate Systems with Residual Stresses and Unidirectional Loading”, Journal of Materials Science, Vol.38, No.8, pp. 1809-1817.
11. Karbhari, V.M. Engineer, M. (1996), “On the durability of composite rehabilitation schemes for concrete: Use of a peel test”, Journal of Materials Science, Vol.32, No.1, pp. 147-156.
12. Kim, S.R. and J.A. Nairn (2000a), “Fracture Mechanics Analysis of Coating/substrate Systems Part I: Analysis of Tensile and Bending Experiments”, Engineering Fracture Mechanics, Vol.65, No.5, pp. 573-593.
13. Kim, S.R. and J.A. Nairn (2000b), “Fracture Mechanics Analysis of Coating/substrate Systems Part II: Experiment in Bending”, Engineering Fracture Mechanics, Vol.65, No.5, pp. 595-607
14. McKnight, M.E., J.F. Seiler, T. Nguyen and W.J. Rossiter (1995), “Measuring Peel Adhesion of Coatings”, Journal of Protective Coatings and Linings, Vol.12 No.5, pp. 82-89.
15. Roes, G., R. Oltra and M.H. Nadal (2002), “Evaluation of the Coating-substrate Adhesion by Laser-ultrasonics: Modeling and Experiments”, Journal of Applied Physics, Vol. 91, No. 10, pp. 6744-6753.
16. 魏璞強 (1995),“建築物常用高分子防水材料耐久性之研究” ,碩士論文,國立成功大學建築研究所,共150頁,台灣,台南。
17. 賴泳次 (2002),“考慮不同材質與交互作用力之奈米滑動模潤性質的分子靜力學” ,碩士論文,國立中正大學機械工程研究所,共104頁,台灣,嘉義。
18. 陳盈升 (2003),“現今傳統建築木構彩畫的塗膜層耐久性之研究”,國立成功大學建築研究所,碩士論文,共156頁,台灣,台南。
19. 張志強 (2003),“以雙L型樑試驗量測複合材料貼片與混凝土界面之混合模式破壞韌性-實驗”,逢甲大學土木及水利工程研究所,碩士論文,共78頁,台灣,台中。
20. 游顯德、黃蔭華、陳思翰、林士雄、曾漢鈐、張鈺杰(1994),“建築防水工程設計與施工規範及解說之研究”成果報告,內政部建築研究所。
21. 楊錦懷、賴宏仁、周士淳、謝佳如(2003),“奈米技術應用於建築物表面自淨功能”期末報告,內政部建築研究所。
22. 葉世文、劉明仁、林清彬、張德文、劉文欽(2005),“建築物屋頂奈米級防水塗膜材料之開發應用”期末報告,內政部建築研究所。
23. 李秉乾、林逸英、李劼展、謝虛勳(2004),“以剝離試驗測量混凝土與複材界面黏結強度”,第廿八屆全國力學會議,第1071-1078頁。
24. 耐用性研究會( 1976 ),建築物耐用性診斷對策,彰國社。
25. 建築物耐久性向上技術普及委員會,1987,建築防水耐久性向上技術,技報堂。
26. 徐氏基金會,“塗料概論”,民國八十年,P234-238。
27. 周明發,“塗料檢驗方法一二三”,塗料與塗裝技術第67、68期。
28. 謝宗義 (2001),“建築物防水設計手冊”,內政部建築研究所。
29. 廠商產品簡報資料 (2003),常偉防水工程公司。
30. 廠商產品 (LB-21)資料 (2004),第一防水事業股份有限公司。
31. 中國國家標準,CNS 3553,“硫化橡膠拉伸試驗法”, 經濟部中央標準局。
32. 中國國家標準,CNS 3559,“硫化橡膠抗撕裂強度試驗法”, 經濟部中央標準局。
33. 中國國家標準,CNS 8645,“建築防水用塗膜材料檢驗法”, 經濟部中央標準局。
34. 中國國家標準,CNS 11607,“塗料一般檢驗法(有關塗膜之長期耐久性之試驗法)”,經濟部中央標準局。
35. 中國國家標準,CNS 10757,“塗料一般檢驗法(有關塗膜之物理、化學抗性之試驗法)”,經濟部中央標準局。
36. 日本工業規格,JIS A6021-1989,“屋根用塗膜防水材”。
37. Adhesive vs. Cohesive Failure in Polymer Adhesives,URL:http://flux.aps.org/meetings/YR97/BAPSMAR97/abs/S4392001.html,accessed June 2005。
38. Adhesion Between Polymers and Other Substances – A Review of Bonding Mechanisms, Systems and Testing,URL:http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=2089,accessed June 2005。

39.中城房網,URL:http://www.rem.net.cn/PubDocumentDetails.aspx?
DataNo=669,accessed June 2005。
40. URL:http://www.umaine.edu/adhesion/gardner/540lecture/adhesion lecture9.pdf
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2008-08-07公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2008-08-07起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信