耐磨地坪混凝土性能的試驗研究

蔣維祥,趙 鑫,劉 春

(1.成都勤錦蓉建筑材料有限責任公司，成都 610041；2.中建西部建設西南有限公司,成都 610000；3.四川華西綠舍建材有限公司,成都 610051)

近年來，在強度設計合格的工業(yè)工程、建筑、路橋等工程中的面層混凝土出現(xiàn)不同程度的起灰、分層空鼓、起砂，甚至裂化等耐久性不良的現(xiàn)象，因此提高混凝土的耐磨性能，開發(fā)耐磨混凝土材料迫在眉睫。隨著社會的發(fā)展,耐磨混凝土地坪越來越多地應用于工業(yè)廠房、展館、購物中心等場所[1]。通常提高混凝土地面耐磨性的方法有兩種,一種是干撒耐磨表面硬化劑,另一種是在硬化后的混凝土面層上做聚氨酯或環(huán)氧基耐磨層( 耐磨地坪漆) 。相對而言,第一種方法價格低,施工簡單[2]。表面硬化劑是由非金屬或金屬耐磨骨料與水泥及其它摻合料和外加劑組成,與混凝土表面結合為一體的整體施工材料[3]。多用于工廠車間、倉庫、大型超市、商場、停車場及車流、人流繁忙的場所[4-6]。

該文本著原材料經(jīng)濟合理、易得、工藝合理出發(fā)，開展了耐磨混凝土開發(fā)工作。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：四川峨勝水泥股份有限公司生產(chǎn)的PO42.5R級水泥，比表面積為363 cm2/g，3 d水化熱281 kJ/kg，7 d水化熱315 kJ/kg。

硅灰：成都明凌科技有限公司產(chǎn)，SiO2含量高于85%，比表面積大15 000 cm2/g。

骨料：普通機制砂，細度模數(shù)為 2.7，產(chǎn)于成都周邊；石英砂骨料，目數(shù)約20左右，產(chǎn)于四川大英縣。

外加劑：聚羧酸減水劑，具有減水、分散、抗裂等功能。

表面硬化劑：成都某化工公司產(chǎn)的高性能耐磨有機粘結劑。

水：自來水。

1.2 配合比

通過前期試驗探索和總結，以水泥基材料為主體的混凝土耐磨地面主要由骨料、膠凝材料、外加劑等材料混合而成。因此，研究過程中采用了普通砂與石英砂為骨料，膠凝材料為PO42.5R的普通硅酸鹽水泥與硅灰，與此同時，摻入一定量的外加劑混合而成，組成水泥基耐磨干粉料，設計配合比見表1。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，以及其他產(chǎn)品開發(fā)的經(jīng)驗的基礎上，我們發(fā)現(xiàn)，硅灰占膠凝材料的比例為12.5%對水泥基材料的強度有利，對流動性影響較小，因此配合比中硅灰占膠凝材料比例為12.5%；外加劑為聚羧酸減水劑，摻量為膠凝材料的0.6%。

表1 耐磨地坪混凝土配合比

1.3 試驗方法

1.3.1 試塊成型

混凝土試塊成型尺寸：150 mm×150 mm×150 mm，將普通混凝土振實后整平，去除表面浮漿，初凝階段，在其表面分兩次均勻干撒抹壓表面硬化劑，抹平硬化后，再用小型磨光機進行磨光等工藝。

1.3.2 養(yǎng)護

先標準養(yǎng)護14 d，然后自然養(yǎng)護14 d[7]。

1.3.3 耐磨度試驗

按照GB/T 16925—1997混凝土及其制品耐磨性試驗方法 (滾珠軸承法)進行耐磨度試驗檢測[8]。試驗前，將成型試塊先進行切割，以保證試塊高度在試驗機高程范圍內。

2 結果與討論

2.1 骨料對混凝土耐磨度的影響

在150 mm×150 mm試驗面上分別進行試驗，且每種配方用量相同，均為50 g，與空白組普通混凝土表面(未加表面硬化劑)進行對比，試驗數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可以看出，石英砂骨料的表面硬化劑對混凝土耐磨度有較大的提升，是因為石英砂骨料耐磨性較普通骨料好，且摻量在60%時混凝土耐磨度值最大。隨著表面硬化劑中骨料摻量的增加，混凝土耐磨度呈現(xiàn)出先增大，后減小的變化趨勢。在表面硬化劑體系中，影響耐磨度的因素主要表現(xiàn)為骨料與水泥基膠凝材料的膠結性能以及骨料自身的耐磨性能。在骨料摻量較少的體系中，膠凝材料較多，骨料與膠凝材料膠結性能較好，但硬化后的水泥基膠凝材料易磨損，導致耐磨度不高；在骨料摻量較多的體系中，由于膠凝材料較少，骨料與膠凝材料的膠結性能較差，在磨損過程中，骨料未能充分發(fā)揮耐磨性而發(fā)生脫落，從而導致易磨損，耐磨度不高。不同種類的骨料對混凝土耐磨度的影響不同，在骨料比例等其他條件均相同的情況下，石英砂作為骨料的水泥基耐磨材料耐磨度普遍大于普通砂作為耐磨骨料的水泥基耐磨材料。石英砂中石英晶體結晶程度較高，質地堅硬，耐磨度高，造成了石英砂配制水泥基耐磨材料耐磨度高于普通砂配制的耐磨材料。

不同骨料摻量對水泥基材料的耐磨度影響也不同，無論是普通砂還是石英砂，骨料比例從20%增加到80%，耐磨材料的耐磨度先增加后降低；無論是普通砂還是石英砂，當骨料比例為60%時，耐磨度最高，即2.60(普通砂)、3.61(石英砂)。耐磨材料體系中，耐磨度受到骨料的耐磨性能、骨料與硬化漿體的界面以及硬化漿體的耐磨性能影響。

當石英砂骨料摻量在60%時，水泥基膠凝材料的膠結性能與骨料自身耐磨性能存在良好的匹配，因而使用該配方的混凝土的耐磨度較高，耐磨性較好。因此石英砂骨料摻量在60%時，其與水泥基膠凝材料的膠結性能和自身耐磨性能都能得到充分發(fā)揮，因而使用該配方的混凝土的耐磨度較高，耐磨性較好。

2.2 表面硬化劑用量對混凝土耐磨度的影響

當石英砂作為骨料，比例為60%時，耐磨材料耐磨度最高，因此在此基礎上，調整耐磨材料用量，研究了不同耐磨材料用量對耐磨混凝土地面的耐磨度的影響。不同的耐磨材料用量對混凝土地面的影響不同，耐磨材料用量越高，混凝土地面材料耐磨度越高，耐磨性能越優(yōu)異。不同表面硬化劑的混凝土耐磨性能見表2。

表2 不同用量表面硬化劑的混凝土耐磨性能

由表2可知，在一定范圍內，隨著表面硬化劑用量的增加，混凝土的耐磨度逐步增大。因為表面硬化劑的用量，決定了表面耐磨層的厚度，同時隨著用量的增加，石英砂骨料能與水泥基膠凝材料結合得更為均勻、致密，形成一層致密的耐磨層，從而提高耐磨度。但由于用量的過度增加會使提漿、粗抹等施工操作變得困難，且成本增高，故適宜的用量，合適的厚度顯得尤為重要。

2.3 模擬施工試驗

經(jīng)過對水泥耐磨材料的制備研究，優(yōu)選配合比，即石英砂為骨料，比例為60%，水泥與硅灰為膠凝材料，分別占膠凝材料總量的87.5%與12.5%，外加劑摻量為膠凝材料總量的0.6%。在此基礎上，工藝流程如下：

1)檢測平整度：用2 m刮尺現(xiàn)場檢測，原則上2 m之內高差不超過2 mm。

2)去除浮漿：使用加裝圓盤的機械鏝(模板邊緣使用木鏝)均勻地將混凝土表面的浮漿層破壞掉。

3)撒布材料：浮漿去除后將規(guī)定用量的耐磨材料分次(60%，40%)均勻撒布在初凝階段的混凝土表面。使用鐵锨均勻撒料，并用刮尺刮平。第一次撒布后，待耐磨材料吸收一定水分后，進行至少2次加裝圓盤的機械鏝作業(yè)；而后待耐磨材料硬化至一定階段，進行第2次材料撒布作業(yè)。二次撒料后，均應用刮尺重新檢查平整度。

4)圓盤作業(yè)：第2次撒布材料后，待耐磨材料吸收一定水分，再進行4次加裝圓盤的機械鏝作業(yè)；機械鏝作業(yè)縱、橫向交錯進行。

5)機械鏝作業(yè)：使用機械鏝收光，檢查鏝刀并清理干凈。根據(jù)地臺表面的硬化情況，進行至少3次不加裝圓盤的機械鏝作業(yè)。機械鏝作業(yè)在距鋼模、墻邊10 cm距離停止，邊角10 cm區(qū)域用手工鏝收光。

6)表面抹光作業(yè)：耐磨材料表面的最終修飾是使用手工鏝精加工完成。

7)養(yǎng)護：施工完畢后，用塑膠布蓋在硬化地面上，以防止水分蒸發(fā)過快而開裂(耐磨材料終凝前不可用水來養(yǎng)護，因水養(yǎng)護會減低硬化地面硬度)。

3 結 論

a.同等條件下，隨著表面硬化劑中耐磨骨料摻量的增加，混凝土耐磨度呈現(xiàn)出先增大，后減小的變化趨勢。摻加60%石英砂骨料的表面硬化劑，對混凝土表面的耐磨性提升效果最佳，耐磨度最大。

b.表面硬化劑的用量，決定了混凝土表面耐磨層的厚度，在一定范圍內，隨著表面硬化劑用量的增加，混凝土的耐磨度逐步增大。

c.通過研究，找到了合適的表面硬化劑配方，且表面硬化劑的使用，應嚴格執(zhí)行施工工藝，才能保證工程質量。

[1] 劉 冰.耐磨地坪的施工要點[J].山西建筑,2009,35(3):181-182.

[2] 周忠義.彩色耐磨地坪干粉的研制與施工[J].新型建筑材料,2006,39(3):39-41.

[3] 王堅飛,施澤民.一次性成型耐磨地坪的施工和質量控制[J].浙江建筑,2007,24(11):34-36.

[4] 陳 健,趙志宏.耐磨混凝土及其應用研究[J].混凝土與水泥制品,2001,8(4):16-18.

[5] 單勁松.混凝土耐磨地坪施工工藝[J].建筑技術,2013,44(5):415-416.

[6] 黃政宇,劉 強.超高強高耐磨混凝土材料研究[J].湘潭大學自然科學學報,2009,31(1):92-97.

[7] 戴 民.彩色硬化耐磨地坪干粉砂漿的應用研究[J].混凝土,2007,12(5):110-112.

[8] GB/T 16925—1997,混凝土及其制品耐磨性試驗方法(滾珠軸承法)[S].