高强耐磨地坪材料的研制及施工工艺研究

高强耐磨地坪材料的研制及施工工艺研究

杨永鑫

中冶天工集团天津有限公司 天津市 30000

摘要：由于超载、开裂、磨损、撞击和自裂等原因，仓库、工厂车间和大型停车场的混凝土面层经常严重开裂，更糟糕的是，地面凹凸不平，尘土飞扬，需要每隔几年进行一次全面的修复和加固。水泥基耐磨地坪材料是为满足现代工业厂房建设对地坪耐磨性、硬度、美观性、清洁度和施工进度的新要求而开发的新型地坪处理材料。然而，目前市场上的水泥基耐磨材料质量参差不齐，影响了工程质量。本文研究了硅粉掺量、胶凝材料掺量和骨料级配比对水泥基耐磨材料抗折强度、抗压强度、耐磨比和干燥收缩的影响，制备了高强度耐磨地坪材料，并对施工工艺进行了规范。

关键词：高强耐磨；地坪材料；施工工艺

1试验

1.1测试原材料与仪器设备

水泥:P.O42.5R水泥、冀东水泥，主要性能指标见表；

硅灰:符合 GB/T 27690—2011《砂浆和混凝土用硅灰》的要求；

骨料:石英砂，包括10 ~ 20目、20 ~ 40目和40 ~ 70目；

添加剂:粉状聚羧酸减水剂，减水率30%。

主要设备:NRJ-411A水泥砂浆搅拌机，无锡建材仪表机械厂；NLD-3水泥砂浆流动性仪，上海东顺建材检测设备有限公司；无锡中科建材仪器有限公司ZT-96砂浆试样成型压实台；无锡建艺仪器机械有限公司AEC压力试验机。

1.2检测方法

弯曲和抗压强度:按GB/T 17671—1999《水泥砂浆强度试验方法(ISO法)》；

耐磨比:根据JC/T 906—2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》，其中，基准砂浆所用的水泥为GB 175中强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，骨料为ISO标准砂，基准砂浆的配合比为水泥:标准砂:水= 1:3:0.5；

干燥收缩率:根据JJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，试验龄期为28天。

2结果与讨论

2.1硅灰对耐磨地板材料性能的影响

硅粉是制备超高强高耐磨混凝土的理想矿物掺合料。在本实验中，40%的胶凝材料和60%的骨料被固定。研究了不同硅灰含量耐磨材料的3d和28d强度。结果如图1所示。

（a）抗折强度 （b）抗压强度

图 1 硅灰不同掺量对耐磨材料抗折抗压强度的影响

从图1可以看出，随着硅灰含量的增加，3d和28d的抗折强度和抗压强度呈现先增大后减小的趋势。硅灰具有良好的分散性，可以充分填充在水泥水化颗粒之间，形成水化硅酸钙凝胶，可以提高硬化浆体的密度。其用量在一定程度上有助于砂浆的强度。但是硅灰的比表面积大，硅灰表面会吸收大量的水分。随着硅粉掺量的增加，砂浆所需的拌合水会显著增加，这将导致耐磨材料的抗折强度和抗压强度降低，尤其是高掺量时。

2.2胶凝材料用量对耐磨材料性能的影响

本实验研究了不同胶凝材料用量对耐磨材料强度、干缩和耐磨性的影响，如图2所示。

（a）抗折强度 （b）抗压强度

（c）收缩率 （d）耐磨度比

图 2 不同胶凝材料用量对耐磨材料性能的影响

从图2(a)和图2(b)可以看出，随着胶凝材料含量的增加，耐磨材料的3d抗折强度不断增加，而28d抗折强度和3d、28d抗压强度均呈现先增加后降低的趋势。在一定范围内，增加胶凝材料的用量会增加水化产物的量，提高抗折强度和抗压强度。但水泥用量过多会影响体系的体积稳定性，减少砂的用量，不利于强度的提高。

从图2(c)可以看出，随着胶凝材料含量的增加，耐磨材料的干燥收缩增大，尤其是当胶凝材料含量超过40%时，干燥收缩明显增大，不利于耐磨材料的长期性能。

图2(d)表明，随着胶凝材料含量的增加，耐磨材料的耐磨比先增大后减小。当胶凝材料的比例为40%，石英砂骨料的比例为60%时，耐磨率最高。此时水泥基胶凝材料的胶凝性能与骨料本身的耐磨性能很好地匹配，性能得到充分发挥，因此该配比下的耐磨材料性能更好。

2.3骨料级配对耐磨材料性能的影响

石英砂是一种坚硬、耐磨且化学性质稳定的硅酸盐矿物。其主要矿物成分为二氧化硅，莫氏硬度为7.0。本试验选用10 ~ 20目、20 ~ 40目和40 ~ 70目石英砂进行级配，设计了三种级配比例，研究不同级配条件下耐磨材料的性能。结果如图3所示。

（a）抗折抗压强度 （b）耐磨度比

图 3 骨料级配对耐磨材料性能的的影响

骨料对于维持水泥水化过程后期的体积稳定性至关重要，而骨料的补强对于改善耐磨地坪砂浆的力学性能至关重要。良好的骨料级配不仅可以减少水泥浆用量，还可以改善砂浆的和易性、密实性和强度，减少干缩开裂。从图3可以看出，三种不同目数石英砂的级配对抗折强度、抗压强度和耐磨比都有一定的影响。综合评价，耐磨材料在3 ∶ 3 ∶ 4时性能较为理想，28d抗折强度为15.4MPa，28d抗压强度为99MPa，耐磨率为372%。

3施工工艺

混凝土初凝及提浆作业:基础混凝土初凝时间约3h ~ 4h，具体时间根据实际工作环境确定。通常，建议降低到5毫米以下。找平、提浆用抹平机进行，一般砂浆从四周向里逐渐收集。

铺料:应铺两遍。首先，在混凝土表面均匀涂抹2/3指定量的耐磨材料。待材料吸湿变潮、颜色变深后，启动研磨机进行研磨、搓浆，并进行找平调整。然后，进行第二次铺料操作，将剩余的1/3材料铺在混凝土表面，铺料方向要求与第一次铺料方向垂直。

打磨修整操作:根据混凝土硬化情况，启动研磨机，调整刀片倾角和转速，垂直和水平方向反复打磨，确保表面无凹坑、明显起伏、划痕、针孔等。在磨角机够不到的地方，用人工钢镘刀有序同向压光，反复进行，避免涂抹。

养护操作:耐磨材料地面打磨工序完成4 ~ 6小时后，可在表面洒水，或喷洒涂抹固化剂进行养护，防止表面水分快速蒸发，影响耐磨材料的强度增长，养护时间不应少于7天。

4结论

随着硅灰含量的增加，耐磨材料3d和28d的抗折强度和抗压强度呈现先增大后减小的趋势。本研究中硅灰的最佳掺量为胶凝材料的5%。随着胶凝材料含量的增加，耐磨材料的三维弯曲强度不断增加，而28维弯曲强度以及三维和28维抗压强度均呈现先增加后降低的趋势。随着胶凝材料含量的增加，耐磨材料的干缩不断增大，耐磨比先增大后减小。三种不同粒度石英砂的级配对耐磨材料的抗折强度、抗压强度和耐磨比有一定的影响。当最佳级配为3 ∶ 3 ∶ 4时，耐磨材料28d抗折强度为15.4兆帕，28d抗压强度为99兆帕，耐磨率为372%。

耐磨材料的施工工艺非常重要，直接影响地板的最终效果和使用寿命。合理的施工工艺控制可以保证耐磨材料的施工质量。

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