基于triz 理論解決瓷磚鋪貼不平整和空鼓問題

韓宏彥 楊欣然 劉 玉 曹 珍 李 爽

(河北工業職業技術大學 建筑工程系,河北 石家莊 050000)

1 概述

TRIZ 理論是前蘇聯阿奇舒勒和其研究小組總結的能夠為人們發明創造以及解決工程難題做出指導的系統化創新方法,提煉自250 萬件高水平發明專利。[1]我國TRIZ 理論也叫發明問題解決理論,傳統TRIZ 理論在機械設計、化學工程、建筑工程等行業應用,隨著TRIZ理論的發展應用領域已經延伸到教育、管理、心理等行業中,很多高職院校創新教育中將TRIZ 理論作為一項重要創新設計方法應用到教學中[2]。以TRIZ為工具來進行問題分析,然后求解,得出技術解決方案,可以更加深刻地理解TRIZ 理論,同時也能夠應用到實踐中,實現從理論在實踐的轉變[3,4]。

瓷磚在家裝中是必不可少的,客廳地板、廚房、衛生間、陽臺等多處空間都要用到它。不少業主到驗收時才發現,貼了瓷磚的地面凹凸不平甚至空鼓翹起,磚面或者接縫處平整度有明顯的瑕疵,很多時候要撬磚重鋪。鋪貼瓷磚施工繁瑣,鋪貼效果受工人的施工水平制約。瓷磚是主要的硬裝材料,由于瓷磚鋪貼的施工技術較為復雜,且容易出現空鼓[5]。空鼓也常發生在貼好干透的過程中,一般得貼好后第二或者第三天才能檢查發現。空鼓一般出現在瓷磚邊緣,中間局部,甚至有些瓷磚2/3 面積發生空鼓[6]。本文基于triz理論解決建筑裝修中遇到的瓷磚鋪貼出現不平和空鼓問題。

2 問題分析

2.1 問題描述

瓷磚鋪貼的一般都是人工用雙手抓緊瓷磚的兩側邊,當瓷磚到達待鋪貼位后,手部離開瓷磚,通過橡膠錘等工具將瓷磚敲打并嵌入至預留的待鋪貼位,對于瓷磚的搬運和入位(即待鋪貼位)比較繁瑣,而且當瓷磚入位后,還需要通過橡膠錘敲打使其擺放整齊,不能出現偏差、傾斜等問題,導致瓷磚鋪貼進度較慢。具體的鋪貼流程,如圖1 所示:基層處理(地面找平)→彈線(瓷磚定位、瓷磚排布)→鋪貼(粘貼瓷磚,校正平整度)→勾縫(填充磚縫)→清理。

圖1 瓷磚鋪貼施工過程圖

目前的解決方案有用橡膠錘壓實瓷磚進行找平和壓實,該方法不夠精準,在敲擊瓷磚的過程中很容易出現碎磚的情況[7]；瓷磚鋪貼效果受工人施工技術水平的影響較大；貼磚3 天后用空鼓檢測錘立著邊走動邊逐塊輕敲每塊瓷磚的正中及四邊,若敲擊聲是空鼓聲,如果空鼓達到瓷磚1/3,那這塊磚需要重貼[8]。這種檢測方法效率低,而且需要在貼磚3 天后才能檢驗,影響工期。

2.2 技術系統分析

針對瓷磚鋪貼不平整和空鼓問題進行系統分析,通過對技術系統的功能分析,系統組件有橡膠錘、粘接劑、水平尺、水平線、找平層；超系統有空氣、地面、人,系統的作用對象(制品)為瓷磚。從建立的功能模型,如圖2 所示,確定問題發生的沖突域:水平尺和瓷磚、人和粘結劑、找平層與瓷磚之間是作用不足。

圖2 功能模型圖

對技術系統資源進行分析,如表1,系統內部資源有物質資源、場資源、時間資源,進行可用性分析,得出在解決問題過程中,優先對內部資源進行優化,達到解決問題的目的。同時對應用因果鏈分析法確定產生問題的原因,如圖3 所示,找出解決問題的關鍵點:橡膠錘作用不足；粘結層厚度不均勻；找平層沒干透,熱障冷縮變形；瓷磚縫隙不好控制,都會引起瓷磚鋪貼不平整和空鼓問題。

圖3 根原因分析

可用資源分析如表1。

表1 系統資源分析

3 運用TRIZ 工具解決問題

共運用技術沖突、裁剪、物- 場分析等三種TRIZ 工具進行問題解決。

3.1 以“橡膠錘作用不足”為入手點解決問題

3.1.1 運用沖突解決理論解決問題

3.1.1.1 技術沖突描述:為了降低瓷磚系統的空鼓現象,我們需要提高重錘敲擊力度,但這樣做了會導致敲擊力度過大,瓷磚出現破損。

轉換成TRIZ標準沖突,改善:13 結構的穩定性,惡化:11壓力壓強、30 物體所受的有害作用。 對應的發明原理:2. 分離原理35.參數變化40.復合材料24.中介物原理30.柔性殼體或薄膜原理18.振動原理。方案一:依據No.35 參數變化,(3)改變物體的柔性(5)改變壓力。得到解如下:a.增加橡膠錘與瓷磚的接觸的面積；b.橡膠錘的表面做成彈性點狀;c.在瓷磚的下面做柔性墊層。方案二:依據No. 24.中介物和No.30 柔性殼體或薄膜,使用中介物傳遞某一物體或某一中間過程；使用柔性殼體或薄膜將物體與環境隔離。得到解如下:在瓷磚的上表面做臨時柔性保護層,比如鋪橡膠墊板或毛氈。方案三:依據No. 18.振動,使物體處于振動狀態；使壓電振動代替機械振動。得到解如下:將橡膠錘改為振動式橡膠錘,使橡膠錘一直處在振動狀態。

3.1.1.2 物理沖突描述:為了“整平瓷磚”,需要參數“重錘敲擊力度”為“大”,但又為了“避免瓷磚破裂”,需要參數“重錘敲擊力度”為“小”,即,重錘力度既要“大”又要“小”。

考慮到該參數“重錘力度”在不同的“空間上、系統層次上”具有不同的特性,因此該沖突可以從“空間、整體與部分”上進行分離。選用4 條分離原理(空間分離、時間分離、基于條件的分離、整體與部分分離)當中的“空間分離、整體與部分分離”原理,得到解決方案。采用整體與部分的分離,查找與該分離原理對應的發明原理有“No.6 多用性原理、No.13 反向原理”。根據選定的發明原理,得到解決方案。方案四:依據No.6 發明原理,得到解:將橡膠錘增加吸盤和振動裝置,可以吸附瓷磚便于鋪貼,并通過振動器將瓷磚與下面的水泥砂漿壓實。方案五:依據No.13 發明原理,得到解如下:在瓷磚底面的局部增設磁鐵,把橡膠錘表面增加磁力板,通過磁力作用,將瓷磚整平。

3.1.2 利用裁剪工具解決問題

針對功能模型中的不足作用,應用裁剪規則C 直接裁剪,裁掉橡膠錘,主動元件由其他元件代替,來實現橡膠敲擊的功能。按照功能裁剪過程,得到解決方案如下:方案六:橡膠錘改為貼瓷磚機,通過吸盤拾取瓷磚；向瓷磚上加水泥砂漿,通過四周卡槽控制砂漿厚度和瓷磚間隙；如圖4 所示,頂部有振動電機,通過振動將瓷磚緊密地貼在找平層上。

圖4 貼瓷磚機示意圖

3.2 以“粘結層厚度不均勻,熱脹冷縮”為入手點解決問題

3.2.1 運用物質- 場分析及76 個標準解

物質- 場分析如圖5。

圖5 作用不足物質- 場模型

根據所建問題的物質- 場模型(如圖5),應用標準解解決流程,得到標準解為:(1)No.1.1.3 標準解:系統不能改變,但允許使用一個永久或暫時的外部附加成分S3改變S1或S2。得出方案七:用工具在鋪好的水泥砂漿灰餅中刮出均勻的紋理或空隙,一方面保證灰餅厚度均勻,另一方面這些紋理和空隙可以提升粘結力。

3.2.2 No.2.4.5 標準解:利用附加物使非磁性物體永久或臨時具有磁性。得到問題的解如下:方案八:在瓷磚的背面及水泥砂漿中摻入鐵磁材料,在磁力作用下,瓷磚和水泥砂漿可以更緊密的粘合。

3.2.3 No.5.1.1.6 標準解:暫時引入附加物,得到問題的解如下:方案九:在瓷磚灰縫中設置卡扣,如圖6 所示,卡扣底部嵌入砂漿中,另一端在瓷磚上表面鎖緊,這樣能防止瓷磚空鼓翹起,也可以進行瓷磚找平,待砂漿干透后,再將卡扣露在表面的部分折斷。

圖6 卡扣

3.2.4 運用裁剪工具解決問題。針對功能模型中的有害作用、不足作用及過剩作用等小問題,應用裁剪規則B 直接裁剪,裁掉粘結劑,原來元件實現的功能由受作用的元件自己來實現。按照功能裁剪過程,得到解決方案如下:方案十:不用水泥砂漿,在瓷磚背面加背膠,直接粘貼在找平層。

3.3 以“找平層沒干透,熱障冷縮變形”為入手點解決問題。

利用物質- 場分析及76 個標準解解決問題,物質- 場分析如圖7。根據所建問題的物質- 場模型(如圖7),應用標準解解決流程得到標準解為:

圖7 有害作用物質- 場模型

3.3.1 No.1.2.1 標準解:當前設計中同時存在有用和有害作用,S1和S2不必直接接觸,引入S3消除有害作用。得出方案十一:在瓷磚和找平層間增加龍骨,將瓷磚直接固定在龍骨上,在踢腳線留通風口,便于找平層凝固硬結過程中產生的熱量釋放。

3.3.2 No.1.2.2 標準解:當前設計中同時存在有用和有害作用,通過修改S1或S2消除有害作用。這類解包括增加“虛無”——空隙。得出方案十二:找平層設置分格縫,這樣將找平層變形集中于此。

3.3.3 No.1.2.3 標準解:有害作用是由一個場引起的,引入要素S3 吸收有害效應。得出方案十三:在找平層材料中摻加減水劑,減少水的用量,可以減少多余水分蒸發引起的體積收縮。

3.3.4 No.3.1.1 標準解:產生雙系統或多系統。得出方案十四:找平層薄批多遍,每次抹灰厚度控制在4-8 毫米以內,等表干后再進行第二次抹灰,避免單次抹灰厚度超標導致的開裂及空鼓問題。

3.4 以“瓷磚縫隙不好控制”為入手點解決問題

運用沖突解決理論解決問題,技術沖突描述:為了減少瓷磚間的“熱脹冷縮相互擠壓”,我們需要增加磚縫尺寸,但這樣做了會導致系統的不易清潔。轉換成TRIZ 標準沖突為改善:30 物體所受的有害因素,惡化:33 可操作性。得到對應的發明原理:2.分離25.自服務28.機械系統的替代39.惰性環境。

3.4.1 依據依據No. 25.自服務。(1)使一物體通過附加功能產生自己服務于自己的功能；(2)利用廢棄的材料、能量與物質。得到方案十五:將瓷磚的側邊增加一個彈性或軟質的凸緣,尺寸為2mm,以此來精確限定瓷磚間距。得到方案十六:鋪貼瓷磚時,用一根直徑2mm 的鋼絲作為卡尺,限定瓷磚間距。得到方案十七:設計一款卡扣,卡扣的底端放在瓷磚的下表面,中間部分為帶絲扣細桿用于控制磚縫,固定好瓷磚后,在細桿上面擰上一個瓶蓋,用于將兩側的瓷磚調整到同一標高。

3.4.2 依據No. 28.機械系統的替代,用電場、磁場完成與物體的相互作用。得到方案十八:將瓷磚的側邊嵌入同極的兩塊磁片,通過磁力的相互作用控制磚縫。

4 結論

綜上所述我們得到18 個方案,并進行可用性評估, 得出最終的解決方案:

4.1 橡膠錘改為貼瓷磚機,通過吸盤拾取瓷磚,方便快捷,避免地磚與工人手部直接接觸產生損傷；通過四周卡槽控制砂漿厚度和磚縫間距；用振動機的工作原理,使得地磚一次性鋪設平整,避免反復搬運地磚人工找平和用橡皮錘敲打,由于無需橡皮錘敲打,基本不會出現地板磚破損現象,提高工作效率以及粘灰緊實度,大大降低工人勞動強度；頂部有精準水平儀,可以檢驗平衡度。

4.2 找平層設置分格縫,這樣將找平層變形集中于此。在找平層材料中摻加減水劑,減少水的用量,可以減少多余水分蒸發引起的體積收縮。找平層薄批多遍,每次抹灰厚度控制在4-8 毫米以內,等表干后再進行第二次抹灰,避免單次抹灰厚度超標導致的開裂及空鼓問題。

4.3 設計一款卡扣,卡扣的底端放在瓷磚的下表面,中間部分為帶絲扣細桿用于控制磚縫,固定好瓷磚后,在細桿上面擰上一個瓶蓋,用于將兩側的瓷磚調整到同一標高。

根據最終解決方案,已授權5 個實用新型專利(1、一種防空鼓墻貼瓷磚裝置,ZL201922482883.5；2、一種瓷磚鋪貼角度參照器,CN201922482301.3；3、一種瓷磚鋪貼裝置,ZL 201922482302.8；4、一種瓷磚壓實器,ZL 201922486582.X；5、一種瓷磚鋪貼位置參照器,ZL201922484242.3)。