工法 Construction Methods
水泥粉光的異想世界
作者：成大昶閎科技股份有限公司
郭文毅、莊漢松、張浩偉、林鼎鈞
（歡迎分享，若引用本文發表理論數據或圖示，請註明出處以及作者，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！
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。
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！
以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。
噴水前，看不到裂縫。
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。
因此當要使用水泥粉光時，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。
素顏最美麗，可以在泥作水泥粉光做好，是最棒了！儘量不要再化妝。
（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。
