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地面自流平材料研究及应用 (2014)

添加日期:2015/4/28 13:20:15   作 者:钟阳  来源:   浏览次数:

地面自流平材料研究及应用

钟阳

干粉砂浆实验组

摘要:

本文着重介绍了粉煤灰在自流平地坪砂浆材料中的应用,经过试验证实粉煤灰在自流平地坪砂浆材料能提高砂浆的流动性有一定的帮助,而对提高抗压强度无贡献。

关键词:自流平砂浆;粉煤灰掺量;抗折抗压强度;28天强度

1 前言

自流平材料(Self-Leveling Material ofFloor)研制应用于20世纪70年代,是一种以无机或有机胶凝材料为基料,加入适宜的外加剂改性,用于地面找平的新型地面材料。它可以在不平的基底上使用,提供一个合适、平整、光滑的和坚固的铺垫底层,以架设各种精找平地板材料,例如地毯、木地板、PVC、瓷砖等。使用时操作简单,只需按规定的水灰比范围加水拌和均匀,机械泵送或人工施工后,无需人工抹平,靠浆体在自身重力作用下流动形成平整表面。其最大的特点就是能够在很短的时间内大面积地精找平地面,可以克服水泥砂浆修补或打磨平整技术等方法工期较长的缺点。随着低弹性模量的薄饰面材料(如PVC地板、橡胶地板卷材等)越来越广泛的应用,自流平材料的应用越来越多,是大型超市、停车场、工厂车间、仓库等地面铺筑的理想材料,市场应用潜力巨大。

1 地面自流平材料分类

自流平材料按主要基材不同可分为无机系和有机系两大类。无机系自流平材料主要是指水泥基和石膏基自流平材料,有机系自流平材料主要指环氧树脂自流平材料。

水泥基自流平材料关键是在低水灰比条件下,提高材料的流变性能,并且使其具有良好的粘聚性,防止泌水、离析。其主要技术路线一般是采取复合高效的外加剂以降低水胶比,提高流动性,保持适当的勃度系数,使拌合物具有自密实、自流平性能并具有抵抗离析所需的粘度;同时掺入粉煤灰、高炉矿渣、硅灰等活性矿物掺合料,增加流动性,在优化各组分配合比的基础上配制水泥基自流平材料并开发研制单组分的弹性聚合物水泥基自流平材料。

石膏基自流平材料主要是以a-半水石膏、天然无水石膏或Ⅱ型无水石膏等为基材,再添加常用骨料及各种性能外加剂配制而成。其特点为流动性高、初凝时间长、终凝时间适当、早期及后期强度较高、与基底粘结力高等。但是,石膏基自流平材料由于石膏的耐水性和抗磨性差、表面强度低,故不能用于阳台、屋面及潮湿的地下室地面;呈中性或酸性。对铁件有锈蚀的危险,因而使得其应用受到限制。

由于水泥砂浆容易起灰、难清洗、不耐酸碱腐蚀等缺点,难以满足现代施工条件要求。于是,近年来发达国家已广泛将环氧类高分子有机系自流平地面材料应用于工业车间地面。一般常用具有良好的耐化学品性、耐磨损和耐机械冲击的环氧树脂涂料和聚胺脂涂料。其特点主要为不受施工地面大小形状的限制,色彩、光泽可调配,施工安全可靠。

2 地面自流平材料研究现状

我国地面自流平材料的研究大约起始于20世纪80年代末、90年代初,一开始的发展速度及普及推广也较慢。一是这种材料目前还不太适合国情,二是国内目前经济及施工技术相对比较落后。

近年来,我国科技工作者在自流平材料方面也做了大量的研究工作。目前,对其性能研究主要包括以下几个方面:(1)流动性能:卜景龙、李天鹏[1]研究了砂的颗粒级配、形状及减水剂对自流平材料流变性的影响,认为骨料的颗粒级配和形状对浆体屈服应力和塑性粘度影响大;伍艳峰、孙振平[2]的研究表明聚羧酸系减水剂(PC)作为一种新型高性能减水剂,用其配制水泥基自流平材料,可以充分发挥其低掺量、高减水率、良好的流动度保持性、良好的增强效果和低收缩等优点。(2)收缩性能:郭自力等[3]通过模型计算,分析了水泥砂浆收缩应变、徐变、地面厚度、长度对地面收缩应力的影响。结果表明,自流平水泥砂浆收缩应变是控制地面收缩应力的主要因素。刘丽芳、王培铭、杨晓杰[4]的研究表明砂浆表面水分蒸发越快,蒸发量越大,砂浆越容易出现塑性收缩裂缝,且裂缝总量越大。(3)聚合物外加剂:张国防、王培铭、吴建国[5]研究的聚合物乳胶粉在改善砂浆力学性能的同时,有良好的减水作用,能明显改善砂浆的和易性,提高砂浆的保水性,降低了新拌砂浆和硬化砂浆体积密度。同济大学的蒋正武、孙振平[6]研制发明了单组分的弹性聚合物水泥基自流平材料,各方面性能较好。(4)矿物掺合料:张冬梅、董静[7]指出矿渣微粉作为掺合料用于自流平砂浆的生产,既可改善砂浆的可操作性,又可节约水泥,是矿渣综合利用的新途径。李玉海、赵锐球[8]采用不同的水泥及粉煤灰掺量配制自流平地坪材料,通过研究流动性、表面状态、不同龄期的抗压、抗折强度及拉伸强度,验证了粉煤灰在自流平地坪砂浆中的作用。

3 地面自流平材料应用现状

自流平材料是于20世纪70年代开始发展的。日本由于劳动力紧张,对自流平材料的开发较早。日本在1972~1973年首先由住宅公团对石膏系、水泥系自流平材料进行了基础研究,1976年对采用α-半水石膏为基料的石膏自流平材料进行了施工试验,1997年已有商品出售。目前在日本已有7个公司11种品牌的石膏自流平产品,并在各种地面上应用。

我国市面上所出现的水泥基自流平材料主要以外加剂的形式销售,其主要由活性矿物掺合料、膨胀剂、减水剂等组分组成,将其与传统砂浆混合即可用于自流平地面。

1994年辽宁朝阳二建总公司与辽宁辽阳建筑设计院研制开发了自流平隔音仿瓷地面。1997年北京建材研究院根据国际地面施工发展趋势,结合国内具体情况和市场需要,研制开发适合国情的自流平材料,经大面积应用,效果良好[9]。目前国内关于水泥自流平砂浆的研究主要集中在各种组成材料及添加剂的种类、成分、掺量等对自流平砂浆的部分性能的影响上。近期,福建农林大学体育馆室内球场采用PVC地板铺设,对基层平整度、强度等要求较高,采用传统水泥砂浆人工找平施工法难以满足要求,成功采用自流平技术很好地解决了这一难题。

4 地面自流平材料性能评价及施工要点

自流平材料主要从流动性能、凝结时间、抗压强度、粘结强度等方面进行评价。一般要求其具有较好的流动性,在自重作用下能找平,流动度大约为240~280mm范围内;4~8h内达到初凝;早期强度较高,且后期强度不倒退,28d抗压强度不低于25MPa,粘结强度大于2.8MPa。

在施工过程中,一般可分以下几步进行:(1)基层处理:为确保铺设后的地板有足够的强度,以承托其上的面层结构,并承受将来使用中的高负荷,基层强度应满足一定的要求。对基层进行硬度检测后,需将其上的浮物及其他杂质清理干净。若基层严重不平,可用水泥砂浆将其补平。(2)基层含水率:自流平施工前,必须保证基层干燥,含水率<4%(CM法),为此必须进行基层的水分含量检测,特别是新混凝土、砂浆基层或底楼基层,遇天气原因或外来水分,应使空气流通,并及时抹去表面水分,施工场所空气湿度应保持在20%~75%。(3)在清理后的基层上涂刷2~3次丙烯酸乳液或聚醋酸类界面处理剂,以保证自流平材料浆体与基层的粘结牢固。(4)自流平施工:待底涂已被基层吸收,约底涂施工后2~6h,即可进行自流平施工。按照覆盖率及施工面积计算材料用量,用手提式电动搅拌机搅拌几分钟后依次倒入地面,同时将其轻轻摊开,浆体自流平,接缝及抹痕可自动消失。(5)养护:硬化后,洒水养护3~7天即可正常使用。

2 试验设计、方法和材料

2.1 粉煤灰掺量对流动度的影响

在不同水泥用量的情况下,粉煤灰掺量对材料的流动性有轻微的影响,如图1。

表1 粉煤灰掺量对流动度影响(单位:cm)

粉煤灰添加量/%

低水泥掺量

中等水泥掺量

高水泥掺量

1

14.7

14.4

14.2

2

14.4

14.6

14.5

3

14.2

13.8

14

4

14.7

14.4

14.2

5

14.4

14.6

14.5

 

 

图1 粉煤灰掺量对流动度影响

从图1 可见,当水泥用量较低时(配方组成中占20%)增加粉煤灰掺量,流动度有降低趋势;中等水泥量时(配方组成占25%)粉煤灰掺量变化对流动度影响不明显;当水泥用量偏高时(配方组成占30%),增加粉煤灰掺量,材料的流动度有提高的趋势。但从流平后的表面效果看,添加粉煤灰后的材料表面普遍多孔,平整度很好,但表面细密度不高;尤其在水泥用量较低时,所形成的地坪表面1d的抗折强度只有2~3 N(ERISON 硬度笔测试,下同),而水泥量高于此用量时,1d的表面硬度可达到4~5N,这可能是由于自流平地坪砂浆多是快干早强型,粉煤灰在此体系中没有得到较好的激发,活性没发挥,只起到了细填料的作用。粉煤灰是细、圆颗粒,一方面对材料的流动性提供正面影响,包括减轻泌水效应,另一方面使内部的气泡较快地传到表面,因而表面的气泡较多、较粗糙、不够细密。

2.2 粉煤灰掺量对抗折、抗压强度的影响

此项测试中,我们单独评估不同水泥用量时,粉煤灰的掺量对不同龄期试块抗折、抗压强度的影响。

  1. 较低水泥用量时粉煤灰掺量对材料抗折、抗压强度的影响,见图2和图3。

 

图2 低水泥掺量时粉煤灰掺量对抗折强度影响

 

图3 低水泥掺量时粉煤灰掺量对抗压强度影响

从图2可见,粉煤灰的掺量变化对抗折强度影响不明显,随着粉煤灰掺量增加,材料的1 d和7d抗折强度相对稳定,只有28d抗折强度略有上升;而图3中材料的1d、7d 和28d 抗压强度,随粉煤灰掺量增加也没有变化,说明粉煤灰对抗压强度没有贡献。

  1. 中等水泥用量(配方组成占25%)时,粉煤灰掺量对材料抗折、抗压强度的影响,见图4和图5。

 

图4 中等水泥掺量时粉煤灰掺量对抗折强度影响

 

图5 中等水泥掺量时粉煤灰掺量对抗压强度影响

从图4可见,粉煤灰的掺量对抗折强度有一定的影响,随着粉煤灰量的增加,材料的1、7、28d的抗折强度都有一定的提高,但相对于7d的抗折强度时,28d的抗折强度没有增加反而有稍微下降,这可能是由于自流平砂浆快干早强系统,后期的强度没有增长。而图5中1、7 和28d材料抗压强度随粉煤灰的掺量增加,有增长的趋势,而且7d和28d的增长趋势较明显,但从抗折强度的表现看,这部分强度的增长可能是由水泥进一步水化引起增长,而粉煤灰对其作用不太大。

  1. 较高水泥用量(配方组成占30%)时,粉煤灰掺量对材料抗折、抗压强度的影响见图6和图7。

 

图6 高水泥掺量时粉煤灰掺量对抗折强度影响

 

图7 高水泥掺量时粉煤灰掺量对抗压强度影响

从图6可见,粉煤灰掺量对抗折强度有影响,随着粉煤灰掺量增加,材料的1d和7d的抗折强度处于一个相对增长的状态,28d抗折强度处于波动状态,而且大部分时候低于7d的抗折强度;而图7中材料的1d、7d和28d的抗压强度随粉煤灰掺量增加处于一个稳定的状态,说明在此条件下粉煤灰对抗压强度无贡献。

3 结论

(1)粉煤灰中含有大量的玻璃微珠,这些玻璃微珠对于自流平地坪砂浆的流动性有一定的帮助。同时粉煤灰的微粒效应有减水作用,还可以帮助自流平砂浆体系中的增稠材料,使较重的填料颗粒处于悬浮状态,并可以使浆体内气泡快速排出,所以粉煤灰有利于自流平材料操作性能的提高。

(2)自流平地坪砂浆大多是快干、早强体系。在这个体系中,胶凝材料要能够尽快发挥水化早强作用,而粉煤灰的火山灰作用需要较长的时间才能体现,同时自流平多是干养,这种条件下并不利于粉煤灰的化学作用发挥,粉煤灰对于自流平地坪砂浆最终的强度值几乎没有帮助。

参考文献

[1]卜景龙,李天鹏.自流平材料的流变学分析[J].河北理工学院学报,2003,(2):109-114.

[2]伍艳峰,孙振平.聚羧酸系减水剂用于水泥基自流平砂浆相关问题的研究[J].新型建筑材料,2008,(7):28-31.

[3]张君,张明华,郭自力.自流平砂浆地面收缩应力的计算及其影响因素[J].建筑材料学报, 2008,11(4):379-385

[4]文丽芳,王培铭,杨晓杰.砂浆配比对水分蒸发和塑性收缩裂缝的影响[J].建筑材料学报,2006,9(4):453-458.

[5]张国防,王培铭,吴建国.聚合物干粉对水泥砂浆体积密度和吸水率的影响[J].化学建材,2002,(4):29-31.

[6]蒋正武,孙振平,一种聚合物水泥基自流平材料及其制备方法,ZL 2003101 08986.6,2007.11.14.

[7]张冬梅,董静.矿渣微粉在自流平砂浆中的应用研究[J].三明学院学报,2008,25(4):454-456.

[8]张国防,王培铭,吴建国.聚合物干粉对水泥砂浆体积密度和吸水率的影响[J].化学建材,2002,(4):29-31.

[9]田少宁.地面用水泥基自流平砂浆的发展现状[J].福建建材,2010,(02)。


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