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(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué) 建筑工程系,河北 石家莊 050000)

1 概述

TRIZ 理論是前蘇聯(lián)阿奇舒勒和其研究小組總結(jié)的能夠?yàn)槿藗儼l(fā)明創(chuàng)造以及解決工程難題做出指導(dǎo)的系統(tǒng)化創(chuàng)新方法,提煉自250 萬件高水平發(fā)明專利。[1]我國TRIZ 理論也叫發(fā)明問題解決理論,傳統(tǒng)TRIZ 理論在機(jī)械設(shè)計(jì)、化學(xué)工程、建筑工程等行業(yè)應(yīng)用,隨著TRIZ理論的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)延伸到教育、管理、心理等行業(yè)中,很多高職院校創(chuàng)新教育中將TRIZ 理論作為一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到教學(xué)中[2]。以TRIZ為工具來進(jìn)行問題分析,然后求解,得出技術(shù)解決方案,可以更加深刻地理解TRIZ 理論,同時(shí)也能夠應(yīng)用到實(shí)踐中,實(shí)現(xiàn)從理論在實(shí)踐的轉(zhuǎn)變[3,4]。

瓷磚在家裝中是必不可少的,客廳地板、廚房、衛(wèi)生間、陽臺(tái)等多處空間都要用到它。不少業(yè)主到驗(yàn)收時(shí)才發(fā)現(xiàn),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(shí)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(shù)較為復(fù)雜,且容易出現(xiàn)空鼓[5]?？展囊渤０l(fā)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(fā)現(xiàn)?？展囊话愠霈F(xiàn)在瓷磚邊緣,中間局部,甚至有些瓷磚2/3 面積發(fā)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(xiàn)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(cè)邊,當(dāng)瓷磚到達(dá)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(yù)留的待鋪貼位,對于瓷磚的搬運(yùn)和入位(即待鋪貼位)比較繁瑣,而且當(dāng)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(xiàn)偏差、傾斜等問題,導(dǎo)致瓷磚鋪貼進(jìn)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(shí)瓷磚進(jìn)行找平和壓實(shí),該方法不夠精準(zhǔn),在敲擊瓷磚的過程中很容易出現(xiàn)碎磚的情況[7]；瓷磚鋪貼效果受工人施工技術(shù)水平的影響較大；貼磚3 天后用空鼓檢測錘立著邊走動(dòng)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(dá)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(yàn),影響工期。

2.2 技術(shù)系統(tǒng)分析

針對瓷磚鋪貼不平整和空鼓問題進(jìn)行系統(tǒng)分析,通過對技術(shù)系統(tǒng)的功能分析,系統(tǒng)組件有橡膠錘、粘接劑、水平尺、水平線、找平層；超系統(tǒng)有空氣、地面、人,系統(tǒng)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(fā)生的沖突域:水平尺和瓷磚、人和粘結(jié)劑、找平層與瓷磚之間是作用不足。

圖2 功能模型圖

對技術(shù)系統(tǒng)資源進(jìn)行分析,如表1,系統(tǒng)內(nèi)部資源有物質(zhì)資源、場資源、時(shí)間資源,進(jìn)行可用性分析,得出在解決問題過程中,優(yōu)先對內(nèi)部資源進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到解決問題的目的。同時(shí)對應(yīng)用因果鏈分析法確定產(chǎn)生問題的原因,如圖3 所示,找出解決問題的關(guān)鍵點(diǎn):橡膠錘作用不足；粘結(jié)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(huì)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(tǒng)資源分析

3 運(yùn)用TRIZ 工具解決問題

共運(yùn)用技術(shù)沖突、裁剪、物- 場分析等三種TRIZ 工具進(jìn)行問題解決。

3.1 以“橡膠錘作用不足”為入手點(diǎn)解決問題

3.1.1 運(yùn)用沖突解決理論解決問題

3.1.1.1 技術(shù)沖突描述:為了降低瓷磚系統(tǒng)的空鼓現(xiàn)象,我們需要提高重錘敲擊力度,但這樣做了會(huì)導(dǎo)致敲擊力度過大,瓷磚出現(xiàn)破損。

轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突,改善:13 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,惡化:11壓力壓強(qiáng)、30 物體所受的有害作用。 對應(yīng)的發(fā)明原理:2. 分離原理35.參數(shù)變化40.復(fù)合材料24.中介物原理30.柔性殼體或薄膜原理18.振動(dòng)原理。方案一:依據(jù)No.35 參數(shù)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(diǎn)狀;c.在瓷磚的下面做柔性墊層。方案二:依據(jù)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(huán)境隔離。得到解如下:在瓷磚的上表面做臨時(shí)柔性保護(hù)層,比如鋪橡膠墊板或毛氈。方案三:依據(jù)No. 18.振動(dòng),使物體處于振動(dòng)狀態(tài)；使壓電振動(dòng)代替機(jī)械振動(dòng)。得到解如下:將橡膠錘改為振動(dòng)式橡膠錘,使橡膠錘一直處在振動(dòng)狀態(tài)。

3.1.1.2 物理沖突描述:為了“整平瓷磚”,需要參數(shù)“重錘敲擊力度”為“大”,但又為了“避免瓷磚破裂”,需要參數(shù)“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(shù)“重錘力度”在不同的“空間上、系統(tǒng)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(jìn)行分離。選用4 條分離原理(空間分離、時(shí)間分離、基于條件的分離、整體與部分分離)當(dāng)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(yīng)的發(fā)明原理有“No.6 多用性原理、No.13 反向原理”。根據(jù)選定的發(fā)明原理,得到解決方案。方案四:依據(jù)No.6 發(fā)明原理,得到解:將橡膠錘增加吸盤和振動(dòng)裝置,可以吸附瓷磚便于鋪貼,并通過振動(dòng)器將瓷磚與下面的水泥砂漿壓實(shí)。方案五:依據(jù)No.13 發(fā)明原理,得到解如下:在瓷磚底面的局部增設(shè)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(yīng)用裁剪規(guī)則C 直接裁剪,裁掉橡膠錘,主動(dòng)元件由其他元件代替,來實(shí)現(xiàn)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(jī),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(dòng)電機(jī),通過振動(dòng)將瓷磚緊密地貼在找平層上。

圖4 貼瓷磚機(jī)示意圖

3.2 以“粘結(jié)層厚度不均勻,熱脹冷縮”為入手點(diǎn)解決問題

3.2.1 運(yùn)用物質(zhì)- 場分析及76 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解

物質(zhì)- 場分析如圖5。

圖5 作用不足物質(zhì)- 場模型

根據(jù)所建問題的物質(zhì)- 場模型(如圖5),應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程,得到標(biāo)準(zhǔn)解為:(1)No.1.1.3 標(biāo)準(zhǔn)解:系統(tǒng)不能改變,但允許使用一個(gè)永久或暫時(shí)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(jié)力。

3.2.2 No.2.4.5 標(biāo)準(zhǔn)解:利用附加物使非磁性物體永久或臨時(shí)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(biāo)準(zhǔn)解:暫時(shí)引入附加物,得到問題的解如下:方案九:在瓷磚灰縫中設(shè)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(jìn)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(yùn)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(yīng)用裁剪規(guī)則B 直接裁剪,裁掉粘結(jié)劑,原來元件實(shí)現(xiàn)的功能由受作用的元件自己來實(shí)現(xiàn)。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(diǎn)解決問題。

利用物質(zhì)- 場分析及76 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解解決問題,物質(zhì)- 場分析如圖7。根據(jù)所建問題的物質(zhì)- 場模型(如圖7),應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程得到標(biāo)準(zhǔn)解為:

圖7 有害作用物質(zhì)- 場模型

3.3.1 No.1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)解:當(dāng)前設(shè)計(jì)中同時(shí)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(fēng)口,便于找平層凝固硬結(jié)過程中產(chǎn)生的熱量釋放。

3.3.2 No.1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)解:當(dāng)前設(shè)計(jì)中同時(shí)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(shè)置分格縫,這樣將找平層變形集中于此。

3.3.3 No.1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)解:有害作用是由一個(gè)場引起的,引入要素S3 吸收有害效應(yīng)。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(fā)引起的體積收縮。

3.3.4 No.3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)解:產(chǎn)生雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)。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(nèi),等表干后再進(jìn)行第二次抹灰,避免單次抹灰厚度超標(biāo)導(dǎo)致的開裂及空鼓問題。

3.4 以“瓷磚縫隙不好控制”為入手點(diǎn)解決問題

運(yùn)用沖突解決理論解決問題,技術(shù)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不易清潔。轉(zhuǎn)換成TRIZ 標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的發(fā)明原理:2.分離25.自服務(wù)28.機(jī)械系統(tǒng)的替代39.惰性環(huán)境。

3.4.1 依據(jù)依據(jù)No. 25.自服務(wù)。(1)使一物體通過附加功能產(chǎn)生自己服務(wù)于自己的功能；(2)利用廢棄的材料、能量與物質(zhì)。得到方案十五:將瓷磚的側(cè)邊增加一個(gè)彈性或軟質(zhì)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(shí),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(shè)計(jì)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(xì)桿用于控制磚縫,固定好瓷磚后,在細(xì)桿上面擰上一個(gè)瓶蓋,用于將兩側(cè)的瓷磚調(diào)整到同一標(biāo)高。

3.4.2 依據(jù)No. 28.機(jī)械系統(tǒng)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(cè)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(jié)論

綜上所述我們得到18 個(gè)方案,并進(jìn)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(jī),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(chǎn)生損傷；通過四周卡槽控制砂漿厚度和磚縫間距；用振動(dòng)機(jī)的工作原理,使得地磚一次性鋪設(shè)平整,避免反復(fù)搬運(yùn)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(huì)出現(xiàn)地板磚破損現(xiàn)象,提高工作效率以及粘灰緊實(shí)度,大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；頂部有精準(zhǔn)水平儀,可以檢驗(yàn)平衡度。

4.2 找平層設(shè)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(fā)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(nèi),等表干后再進(jìn)行第二次抹灰,避免單次抹灰厚度超標(biāo)導(dǎo)致的開裂及空鼓問題。

4.3 設(shè)計(jì)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(xì)桿用于控制磚縫,固定好瓷磚后,在細(xì)桿上面擰上一個(gè)瓶蓋,用于將兩側(cè)的瓷磚調(diào)整到同一標(biāo)高。

根據(jù)最終解決方案,已授權(quán)5 個(gè)實(shí)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(shí)器,ZL 201922486582.X；5、一種瓷磚鋪貼位置參照器,ZL201922484242.3)。