（道路与铁道工程专业论文）新型地面水泥基自流平材料的研究.pdf

摘要 摘要 分析了国内外水泥基自流平材料的现状，发现国外水泥基自流平材料对尺 寸变化率要求不严格，使用过程中容易出现裂纹。国内关于水泥基自流平材料 的研究报道不多。本文用普通原料研制新型地面水泥基自流平材料。 研究砂的掺量和级配对水泥基自流平材料性能的影响，并利用正交设计方 法进行了两套技术方案的研究，得到符合施工要求的水泥基自流平材料。 方案一用普通硅酸盐水泥、硅灰、1 i 型抗裂防水剂、减水剂、砂配制出初 始流动度为2 0 0 2 2 0m m ，2 0m i n 后流动度大于1 8 0i t u t i ，ld 、3d 、2 8d 抗折 强度分别为5 1m p a 、9 6m p a 、1 5 6m p a ，抗压强度分别为2 0 3m p a 、3 6 5m p a 、 8 4 3m p a ，2 8d 尺寸变化率为o 0 3 3 ，拉伸粘结强度为2 3m p a 的i 型水泥基 自流平材料，各原料的质量比为l ：0 1 5 0 ：0 1 1 2 ：0 5 6 1 ：o 0 2 8 。分析结果表 明：硅灰不仅可以提高流动度，而且能提高强度；使用减水剂和普通硅酸赫水 泥时，凝结时间延长；抗裂防水剂可以有效的补偿收缩。 方案二用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、膨胀剂、减水剂、粉煤狄、砂、 缓凝剂配制出流动度为2 0 0 2 2 0m l n ，1d 、3d 、2 8d 抗折强度分别为5 0 m p a 、 7 6m p a 、8 6m p a ，抗压强度分别为2 7 2m p a 、4 6 7m p a 、5 6 5m p a ，尺寸变 化率为0 0 11 ，拉伸粘结强度为2 9m p a 的i i 型水泥基自流平材料，各原料的 质量比为1 ：1 1 6 ：o 2 8 ：0 0 4 ：o 4 ：1 2 ：o 0 2 。分析结果表明：使用了快硬硫 铝酸盐水泥时，凝结时间较短，补偿了部分收缩，可以减小膨胀剂的掺入量， 提高了早期强度；粉煤灰对早期强度的影响不大。 x 射线衍射、扫描电镜及能谱分析显示：方案一1d 、3d 的水化产物结构 较密，早期生成了水化产物主要是c h 及水化硅酸钙；方案二中的早期水化产 物主要是a f t ，结构密实。 用两组方案配制的i 型和型地面水泥基自流平材料都能符合施工要求。 i 型水泥基自流平材料可用作房屋、楼道、地下车库等建筑的地面终饰层，也 可用作找平层。i i 型主要用作找平层。 关键词：f 交设计，硅灰，粉煤灰，水泥基材料，终饰层，找平层 a b s t r a c t a b s t r a c t w es t u d yt h ed o m e s t i ca n do v e r s e a s a c t u a l i t y o fs e l f - l e v e l i n gm o r t a r w e d i s c o v e rt h ep r e s c r i p to f d i m e n s i o nd i v e r s i f i c a t i o nr a t i oi sn o ts t r i c ta n d t h em o r t a ri s e a s y t oa p p e a rc r a c k t h es t u d ya n d r e p o r to ns e l f - l e v e l i n gm o r t a ri sf e w t h i sp a p e r c o n f e c t st h en e w s e l f - l e v e l i n gm o r t a r f i r s t l yw es t u d yt h ee f f e c to fr a w m a t e r i a l so nt h ep e r f o r m a n c eo f s e l f - l e v e l i n g m o r t a r t w op r o j e c t sa r ea r r a n g e db ya d o p t i n go r t h o g o n a l d e s i g nt oc o n f e c tt h e s e l f - l e v e l i n gm o r t a rm e e t i n gt h ec o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t i nt h ef i r s te x p e r i m e n tw em a k eu s eo fp o r t l a n dc e m e n t ，s i l i c af u m e ，w a t e r r e d u c e ra n ds a n dt oc o n f e c ti s e l f - l e v e l i n gm o r t a r ，t h ef l o wd e g r e eo fw h i c hi s b e t w e e n2 0 0 2 2 0m m t h ef l e x u r a ls t r e n g t ho f1 d ，3d ，2 8da r e5 1m p a ，9 6 m p a ，15 6 m p ar e s p e c t i v e l y ，a n dt h e c o m p r e s s i v es t r e n g t h a r e2 0 3m p a ，3 6 5 m p a 8 4 3m p a r e s p e c t i v e l y t h ed i m e n s i o nd i v e r s i f i c a t i o nr a t i oo f 2 8di s0 0 3 3 t h e p a s t es t r e n g t h i s2 3m p a t h em i x p r o p o r t i o n s o fm o r t a ri s 1 ：o 1 5 0 ：0 1 1 2 ：0 5 6 1 ：o 0 2 8 t h er e s u l t s o f t h e p e r f o r m a n c e t e s t ss h o ws i l i c a f u m e n o t o n l yi n c r e a s et h ef l o wd e g r e e ，b u ta l s oc a nr a i s et h es t r e n g t ho f m o r t a r t h ei n i t i a l s e t t i n gt i m ea n df i n a ls e r i n gt i m ei sd e l a y e dw i t ht h eu s eo fw a t e rr e d u c e ra n d p o r f l a n d c e m e n t c r a c k i n g r e s i s t a n c e w a t e r p r o o f c a r l c o m p e n s a t e t h e d r y i n g s h r i n k a g eo f t h e m o r t a ra v a i l a b l y i nt h es e c o n d e x p e r i m e n t w eu s es u l p h o a l u m i n a t ec e m e n t ，p o r t l a n dc e m e n t ，f l y a s h ，w a t e rr e d u c e r ，b l o a t i n ga g e n t ，s a n da n dr e t a r d e rt oc o n f e c tt h e i i s e l f - l e v e l i n g m o r t a r ，t h ef l o wd e g r e eo f w h i c h i sb e t w e e n2 0 0 2 2 0m i l l t h ef l e x u r a ls t r e n g t ho fl d ，3d ，2 8da r e5 0m p a ，7 6m p a ，8 6m p ar e s p e c t i v e l y ，a n dt h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t h a r e2 7 2m p a 。4 6 7m p a ，5 6 5m p ar e s p e c t i v e l y t h ed i m e n s i o n d i v e r s i f i c a t i o nr a t i oo f2 8di s 一0 0 0 0 3 2 t h ep a s t es t r e n g t hi s2 9m p a t h em i x p r o p o r t i o n so f m o r t a ri sl ：1 16 ：0 2 8 ：0 0 4 ：o 4 ：1 2 ：0 0 2 w ec a r ld r a wt h ec o n c l u s i o n f r o mt h et e s tt h a tt h ei n i t i a ls e t t i n gt i m ea n df i n a ls e t t i n gt i m ec a nb er e d u c e dw i t h t h eu s eo fe a r l ys t r e n g t hr a p i dh a r d e n i n gs u l p h o a l u m i n a t ec e m e n t ，a n dc o m p e n s a t e a b s t t a c t t h ed r y i n gs h r i n k a g e i tr e d u c e st h ea m o u n to f b l o a t i n ga g e n ta n di n c r e a s e st h ee a r l y s t r e n g t h t h ee f f e c to ff l ya s h o nt h ee a r l ys t r e n g t hi sn o tr e m a r k a b l e t h er e s u l t so ft h ex r a yd i f f u s i o n 、s e ma n dt h ee n e r g yp e d i g r e ei nt h ef i r s t e x p e r i m e n ti n d i c a t et h a tt h es t r u c t u r eo f t h e1 d , 3dh y d r a t i o np r o d u c ti sc o m p a c t ， a n dt h ep r o d u c t so fh y d r a t i o na r ec ha n dc - s h i nt h es e c o n de x p e r i m e n t ，t h e s t r u c t u r ei sm o r ed e n s eb e c a u s eo f t h ep r o d u c to f t h eh y d r a t i o ni sa f t t h eia n di i s e l f - l e v e l i n gm o r t a rc a r l m e e tt h ec o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t t h ei s e l f - l e v e l i n gm o r t a ri su s e da st h ef i n a ld e c o r a t i o nf l o o ro fh o u s e ，c o r r i d o r ， u n d e r g r o u n dg a r a g e i t a l s oc a l lb eu s e da st h e s e e k i n g l e v e l i n g f l o o r t h ei i s e l f - l e v e l i n gm o r t a r i su s e da st h es e e k i n g l e v e l i n gf l o o rm o s t l y k e y w o r d s ：o r t h o g o n a ld e s i g n ，s i l i c af u m e ，f l ya s h ，c e m e n tm a t r i x ，f i n a ld e c o r a t i o n f l o o r ，s e e k i n g - l e v e l i n gf l o o r 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得石家庄铁道学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 签名：查燃围 日期 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石家庄铁道学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：学院有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：查丛i 訇导师签名：窆l 鱼6 吐日期： 第一章绪论 1 ，1 引言 第一章绪论 普通水泥砂浆作为一种传统的地面材料，在房屋建设中曾经发挥巨大的作 用，满足以前人们对房屋使用性能上的要求，其施工技术和施工工艺也符合当 时的时代特征，为大批闲散劳动力提供了就业机会。普通水泥砂浆地面的施工 技术含量不高，一般的建筑工人都可以进行操作。但在砂浆地面的使用过程中， 仍然存在许多难以避免的问题，例如地面起砂、不平整、开裂等等。随着人类 不断进步，对建筑材料的需求量越来越大，质量要求越来越高，特别是人类居 住水平的提高、高等级建筑和物流的发展，人们对房屋地面的使用标准及舒适 程度也有越来越高的要求，作为传统的水泥砂浆地面已不能满足。虽然人们 可以对普通砂浆地面进行后期装修使用，但费工费时，成本高，并且由于它本 身存在平整度及开裂等质量缺陷，很难为后继工程创造一个良好的条件【2 1 。要 降低施工费用、缩短工程周期、取得更好的施工质量及经济效益，普通水泥砂 浆地面及其施工已无法满足要求，地面水泥基自流平材料就是在这一背景下研 发和应用的嘲。 地面自流平材料( 英文名称为s e l f - l e v e l i n gm a t e r i a lo ff l o o r ，简称s l ) ，是 一种以无机胶凝材料为基料、加入适宜的外加剂改性、用于地面找平的新型地 面材料。按主基料不同，可分为石膏系地面自流平材料和水泥系地面自流平材 料两大类。鉴于石膏系地面自流平材料存在着很多难以解决的弊病( 石膏耐水性 差、呈中性或酸性) ，2 0 世纪8 0 年代中期发达国家己转向研制水泥系地面自流 平材料，同时出现大量的专利技术。本文研究讨论以水泥为基料的地面自流平 材料( 水泥基地面自流平材料) 。 水泥基地面自流平材料的主要特点有：( 1 ) 良好的流动性，在自重或轻微外 力的作用下能自动找平；( 2 ) 良好的稳定性，凝结硬化前，不发生离析、分层及 泌水等不良现象；( 3 ) 作为薄层( 3 5m m ) 时，具有强度高，耐水及耐磨性强，与 基层粘结牢固，施工速度快。省时、省力等特点。 水泥基自流平材料可用于大型仓库、生产车间、房屋、楼道、地下车库等 第一章绪论 地面终饰层，i ! e i a 面、起砂地面及施工不合格地面的修补4 1 ，也可用于需要地 面找平，在找平层上进行其它装修的地面工程，是一种具有广阔应用前景的新 型地面材料。 1 2 国内外发展动态 1 2 1 国外发展动态 地面水泥基自流平材料，在国外已有二十多年的发展和应用。地面自流平 材料具有施工简便、平整度好、成本低、自重轻等突出优点5 1 。 目前以水泥为基料的自流平材料，按其组成和拌合方式分为单组分水泥基 自流平材料和双组分水泥基自流平材料两种。单组分水泥基自流平材料，是将 水泥和其它原料直接按比例加水拌合成浆体浇注：双组分水泥基自流平材料， 是将以水泥为基料的粉末组份与聚合物乳液按一定比例拌和成浆体浇注。单组 分水泥基自流平材料比较适宜于混凝土或砂浆基层的找平层，施工简单，运输 方便。双组分水泥基自流平材料不仅可用作基层找平层，而且配上颜色可作为 彩色面层，但造价较高，且使用及运输不方便。国外主要使用单组分水泥基自 流平材料。 ( 1 ) 国外单组分水泥基自流平材料的化学组成。各国水泥基自流平材料的 配方各不相同，但主要由以下成分组成1 6 j 。 基料。硅酸盐水泥、硅酸盐早强水泥、超强快硬水泥等。 砂。作为骨料，砂的形状以近似于球状为佳。 填充料。粉煤灰、沸石粉、高炉水淬矿渣、碳酸钙、硅酸钙、硅粉等。 保水剂。甲基纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酰胺及藻酸赫等。 减水剂。萘系、三聚氰胺系、木质素磺酸盐系等减水剂。 膨胀剂。石灰、石膏及硫铝酸盐类膨胀剂等。 促硬剂。氯化物、氟化物、硫酸盐等。 消泡剂。有机硅油、醇类、酯类及其它非离子型表面活性剂等。 其它。防水剂及颜料等。 ( 2 ) 国外水泥基自流平材料的主要技术性能。目前国外关于水泥基自流平 材料的性能主要考虑以下几个方面。 第一章绪论 流动性a 流动性通常用水泥基自流平材料加水拌合后的浆体在玻璃平板 上的流动度( 或称为摊展度) 表征。日本住宅公团标准规定，测定摊展度采用一 个无底圆筒( 中5 o 5 1c m 3 ，内体积为1 0 0c m 3 ) 置于玻璃板上，然后将浆体注 a n 筒中，表面用抹刀轻轻刮平后，垂直向上提取圆筒，浆体自由流动成圆盘 状，量取四个垂直的直径取平均值，即为该材料的流动度。目前| 界上关于水 泥基自流平材料的流动度指标没有统一的标准，同本住宅公团标准规定，以1 9 0 m m 作为水泥基自流平材料流动度的下限指标，即如果流动度指标小于1 9 0 m m ，浆体的操作性将难以满足施工要求。一般同本市售水泥基自流平材料流 动度为2 0 0 3 0 0m m ，德国市售水泥基自流平材料流动度为2 0 0 - - - 2 5 0m m 。 抗压强度。日本住宅公团标准规定，抗压强度必须大于1 2m p a 。一般r 本市售的水泥基自流平材料的抗压强度大于1 5m p a ，德国及美国市售的水泥基 自流平材料抗压强度为1 7 3 2m p a 。 界面粘结强度。在实际工程中，底层一般为浇注混凝土或抹狄砂浆。在 自流平材料施工前，通常需要在基层上涂刷丙烯酸乳液或聚醋酸乙烯乳液类界 面粘结剂进行预处理，以确保流平层与基层牢固的粘结。此外还应防止混凝土 或抹灰砂浆基层吸水率增高。一般同本市售的水泥基自流平材料的粘结强度不 小于0 5 m p a 。 凝结时间。一般浆体的凝结时间越长，流动度随时间的损失就越小，施 工操作性越好，但早期强度降低或增长缓慢；反之流动性随时间的损失率越大， 施工操作性差，但早期强度增长较快。日本住宅公团标准规定，浆体初凝时间 大于1h ，终凝时间小于8h 。一般各国都规定，浆体搅拌均匀后，须在3 0m i n 内施工完毕，否则操作性会受到影响。 尺寸变化率。尺寸变化率的大小关系到自流平材料硬化后是否会产生收 缩裂纹。水泥基材料不可克服的弱点是后期干缩严重。发达国家的水泥基自流 平材料，有的呈微膨胀性，达4 1 0 4m m m ：有的呈现微收缩性，达一1 0 1 0 。4 m m m 。出于国外水泥基自流平材料主要用于基底找平，然后在基底上进行其 它装修，因此即使基底上存在有微小的裂纹，对装修效果没有太大的影响，故 对水泥基自流平材料的尺寸变化率的要求相对没有其它性能严格。 ( 3 ) 国外水泥基自流平材料的质量标准及典型配方如下。 国外水泥基自流平材料的质量标准。目前水泥基自流平材料尚无统一的 国际标准，各国也无统一的国内标准。一般国外有关水泥基地面自流平材料的 第一章绪论 质量标准，都由各生产公司自定，以满足施工要求为依据。日本住宅公团于1 9 8 0 年曾制订石膏基自流平材料标准【7 1 ，水泥基自流平材料参照石膏基自流平材料 标准。表1 1 中所规定的指标为水泥基自流平材料的下限指标，若浆体性能指 标低于这些指标，应用中将难以保证质量。 指标 _ 1 9 0 l 1 2 o 5 叫 票凳警 国外水泥基自流平材料的典型配方。目前由于国外各个国家使用的原料 不同，各公司对水泥基自流平材料的性能要求不同，因此各个国家的典型配方 也不相同。表1 - 2 、1 - 3 、1 - 4 ( 表中数据以质量计) 分别为日本、美国、德国水泥 基自流平材料的典型配方。 表卜2 日本水泥基自流平材料配方 表卜3 美国水泥基自流平材料浆体配方 律：p c 为波特兰水泥，h a c 为高铝水泥，p cbh a c 的配合比为p c ：h a c = 2 0 8 0 ：8 0 - - 2 0 。 表1 - 4 德国水泥基自流平材料浆体配方 第一章绪论 1 22 国内发展动态 与发达国家相比，我国地面自流平材料的研究起步较晚，发展速度及普及 推广也较慢。一方面是由于这种材料目前还不太适合国情。国外水泥基自流平 材料主要用作地面找平，面层再铺设地面砖等。国内用户为了降低成本，通常 用水泥基自流平材料作地面终饰层，要求既平整光洁，又耐磨、防水防裂及高 强等【8 】。二是国内目前经济及施工技术相对比较落后，建筑工程中大面积使用 成本造价较高，用户难以接受。因此这就对水泥基自流平材料提出更高的要求， 尤其是要求地面平整无裂纹，故对尺寸变化率的要求就非常严格。水泥基材料 不可避免的缺点是后期的干缩，目前国内虽然有单位和学者对水泥基自流平材 料进行了研究，但还没有关于克服水泥基自流平材料的后期干缩的报道，也没 有将水泥基自流平材料进行商品化生产【9 】。目前国内使用的小部分水泥基自流 平材料主要是从国外进口，价格较高，而且容易产生微小裂纹。 武汉工业大学北京研究生都曾对单组分水泥基自流平材料进行过研究，他 们的主要原料组成为：普通硅酸盐水泥、砂、膨胀剂、粉煤灰、流化剂、保水 缓凝剂等【9 , 1 0 。北京市建材科研所在分析国外技术的基础上，开发研制了双组 分水泥基自流平材料，粉料组分为：普通水泥、细骨料、流化剂、防裂剂、填 料等：液体组分为聚合物乳液、分散剂、增稠剂、消泡剂及水等【1 ”。但是均未 能形成商品化生产。 目前我国没有对水泥基自流平材料的标准规定。 1 3 课题的研究意义 目前国内房屋、地下停车场等建筑物的地面仍采用普通水泥基材料，普通 水泥基材料施工后地面容易出现起砂、起皮、空鼓、开裂等问题，而且劳动强 度大，耗费大量的人力、物力，生产工期长，后期需要维护”。地面水泥基自 流平材料的出现则可以解决这些困难。针对国内外水泥基地面自流平材料的现 状以及国内普通水泥基材料地面的现状，研究开发一种新型地面水泥基材料将 具有重要意义。 f 1 1 解决地面水泥基自流平材料的开裂等问题。普通水泥砂浆施工后，地 面常出现起砂、起皮、空鼓、开裂等质量问题。 第一章绪论 ( 2 ) 施工效率高。地面水泥基自流平材料搅拌后可采用泵送浇注，而且不 需要进摊铺、压光等一系列工序，只需人工稍微进行推展即可，可节省大量人 工，而且降低施工的劳动强度。 ( 3 ) 品质稳定，质量波动小。可将自流平材料预混袋装出售，使用时只需 在施工现场按规定加水拌和即可施工，保障地面的密实性、强度、平整度、耐 磨性等性能。 ( 4 ) 成本比国外进口的水泥基自流平材料低。 1 4 课题的理论依据 新型地面水泥基自流平材料，其实质是对普通水泥基材料性能改进和提高。 通过调整普通水泥基材料配合比，添d n j , l , j j n 剂以及辅助材料，达到一些特有技 术参数指标，满足施工工艺和使用要求。 新型地面水泥基自流平材料必须测定的参数包括：( 1 ) 抗折强度和抗压强 度；( 2 ) 流动度；( 3 ) 尺寸变化率；( 4 ) 凝结时间；( 5 ) 拉伸粘结强度：( 6 ) 抗冲击性。 地面水泥基自流平材料作为一种地面材料，由于要承受一定的荷载，因此 要求必须具有足够的强度。为保证强度，可以掺入减水剂，减小用水量，提高 强度：也可以加入矿物质超细粉，改善浆体的孔结构，使大孔减少，小孔增多， 增加其强度和耐久性。 水泥基自流平材料要求有高流动性，通常通过以下方式达到。 ( 1 ) 加入高效减水剂。高效减水剂是一种表面活性剂，有强的固液界面活 性作用，在水泥分散体系中，它们能吸附在水泥粒子表面上，并形成带电的强 电场，使水泥凝胶分散，大大提高水泥浆体的流动性。 ( 2 ) 掺入矿物超细粉。这是由于矿物超细粉具有玻璃体结构，填充在水泥 粒子间隙和絮凝结构中，占据充水空间，把絮凝结构中的水分释放出来，使浆 体流动性提高。作为沸石粉与硅灰来讲，当掺量超过1 0 以后，浆体流动性反 而降低，比基准浆体的流动性还低，这是由于粒子表面积大，需要更多的自由 水润湿表面而造成的；对于矿渣和磷渣超细粉，由于表面能很大，掺入高效减 水剂前，形成絮凝结构，掺入高效减水剂后，超细粉粒子发挥其微观填充效应； 同时超细粉还与水泥粒子产生静电斥力，增大浆体粒子的分散效果，使流动性 增大。 第一章绪论 普通水泥基材料在大面积施工时，不可避免的缺点是后期的干缩性，从而 产生裂纹，影响它的美观及性能，可通过加入膨胀剂来解决。通过膨胀剂与 水泥矿物成分发生反应，生成一种结晶物质，导致膨胀，来补偿体积收缩。 对于初、终凝时间的控制是为了满足施工工艺的要求，做到慢凝结、快硬 化i i ”。通过加入缓凝剂，调节凝结时间，保证施工时有足够的操作时间。缓凝 剂掺量要严格控制，不得影响早期强度 16 1 。同时也可以加入早强剂，促进早期 水化硬化提高早期强度，使水泥基自流平材料尽快达到使用强度 】。 在水泥基自流平材料的施工过程中，要求其内部组分必须稳定，以保证工 程质量【1 8 】。对于水泥基自流平材料本身来讲，由于流动度较大，有可能产生泌 水现象，可以加入引气剂或增稠剂来解决。引气剂主要使拌合物中的骨料与胶 凝材料的粘聚性加大，离散减弱，从而使拌合物中的水分能长时间地停留在水 泥浆中而减少泌水性，同时可使拌合物更好的处于均匀状态。对于增稠剂，其 目的也是提高砂浆的稳定性，增加粘聚性及保水性，减少泌水量。 总之通过添加不同的外加剂及辅助材料，可以改善和提高普通水泥基材料 的性能，满足使用要求。但要注意的是，有可能由于外加剂和辅助材料的相互 作用，产生一些不利因素。这就要求在研究时，加以避免，找到一些能使各组 分发挥各自优势的方案来满足材料性能的要求。 1 5 课题的研究方法 用于地面抹平的水泥基自流平材料是2 0 世纪8 0 年代初国际上出现的一种 新材料，由于其配比比较复杂，使用原料品种较多，公开发表的关于水泥基自 流平材料配比的文章几乎没有，只是某些专利文献中提及其配比，故在进行新 材料的研究时，无法找到一种可以参考的理论样本，只有从其成品的一些特有 的性质来进行分析，找出与此特性有关的掺料，从原料本身的性质( 物理性质和 化学性质) 以及和其它原料进行复合时所发生的反应与结果去进行研究。配制水 泥基自流平材料的关键技术就是夕t , n n 品种的选择以及各种原料的组成成份所 占的比例，其实也就是配合比的确定。因此我们采用以下的试验的方法进行研 究。 f 1 1 根据对水泥基自流平性能的要求，大致确定外加剂的种类，即选材。 f 2 1 根据原料本身的性质及其所起作用，大致确定用量范围。 第一章绪论 ( 3 ) 根据原料用量的多个水平，设计f 交试验，并进行试验。因为试验是 多个因素，水平数的多少不是确定量，不可能进行全面试验，只能采用一种科 学的试验方案，即正交设计。 ( 4 ) 根据正交试验结果，增加或减少辅助材料的种类或掺量重新进行正交 试验。其实就是循环对比的过程进行递升，直至得出满意的结果。 1 6 课题的研究内容与创新点 课题为自选课题，研究内容和创新点如下。 1 6 1 研究内容 ( 1 ) 文中对目前国内外水泥基自流平材料的现状进行分析研究，就目前国 内外该材料的存在问题进行论述。 ( 2 ) 在分析市场上所售的水泥基自流平材料成分的基础上，结合实验室的 具体情况，确定试验所需要原料种类，并作了大量的前期试验，大致确定各原 料的掺量范围。 ( 3 ) 根据所选定的原料种类及掺量范围，首先作砂的掺量及级配对水泥基 自流平材料的流动度、凝结时间、抗压强度、抗折强度、拉伸粘结强度、尺寸 变化率、抗冲击性等性能的影响试验，对结果进行分析。 ( 4 ) 采用正交设计表设计两组方案配制地面水泥基自流平材料。方案一中 用普通硅酸盐水泥、i i 型抗裂防水剂、硅灰、减水剂、砂等原料配制i 型地面 水泥基自流平材料，并将原料对性能的影响的主次关系进行分析讨论，得出最 佳配比；方案二中用硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、膨胀剂、粉煤狄、减水 剂、砂、缓凝剂等原料配制i i 型地面水泥基自流平材料，并将原料对各性能影 响的主次关系进行分析讨论，得出最佳配比。 f 5 ) 对两组方案的结果进行对比分析，并进行必要的微观结构与机理分析。 1 6 2 创新点 目前水泥基自流平材料在国外发展相对较快，但由于国外将水泥基自流平 材料主要用于基底找平层，因此对该材料的后期收缩要求不高，大部分都呈现 收缩性。而国内水泥基自流平材料发展得较晚，并且发展速度也较慢。另外根 第一章绪论 据我国的国情，目前从国外进口的水泥基自流平材料主要用于最终装饰层，因 此对水泥基自流平材料的收缩要求较严格。国内关于水泥基自流平材料的报道 几乎没有，因此文章主要针对这种情况进行试验，分别用硅灰和粉煤狄配制出 满足性能要求的新型地面水泥基自流平材料。 9 第二章原材料及试验方法 第二章原材料及试验方法 原材料和试验仪器的选择、试验方法的确定如下。 2 1 原材料的选择 通过前面对水泥基自流平材料的介绍，结合实验室的实际情况，所选用的 原材料如下。 f 1 1 普通水泥。拉法基水泥厂生产的4 2 5m p a 的普通硅酸盐水泥，性能见 表2 1 。 f 2 ) 快硬硫铝酸盐水泥。唐山北极熊特种水泥有限责任公司生产的5 2 5 m p a 硫铝酸盐水泥。 ( 3 ) 粉煤灰。丰台一级粉煤灰，细度( 4 5 i n 方孔筛筛余) 1 2 。烧失量2 6 ， 需水量比9 4 ，s 0 3 含量合格。 ( 4 ) 硅狄。上海埃肯公司生产，密度2 3g e m 3 ，平均粒径1 2 m ，比表面 积1 7 6 m 2 g 。 f 5 1u n f 减水剂。天津雍阳减水泥剂厂生产的巨龙牌u n f 一5 粉状高效减水 剂，减水率为2 0 3 0 。 ( 6 1s p a 减水剂。减水率2 5 3 0 。 ( 7 ) i 型抗裂防水剂和i i 型抗裂防水剂。江西武冠外加剂厂生产的h e a 。 ( 8 1 膨胀剂。中岩特材公司生产。 f 9 1 砂。细度模数为1 6 1 的河砂，其颗粒级配见表2 2 。 ( 1 0 ) 粘结剂。环氧树脂粘结剂。 ( 11 ) 水。北京市普通饮用水。 表2 - 1普通硅酸盐水泥的主要物理性能 第二章原材料及试验方法 表2 - 2 砂的颗粒级配 ! _ = _ = = _ ：- ? 一= 三! ：! ! ! 里竺! ：! ! 二! ：! 塑竺 o 3 - - 0 6 r a m 0 6 1 1 8 l m m i 18 m m 一 0 7 9 3 7 4 酉厂历_ 1 五 。 一一 2 2 试验设备 试验过程中用到的试验设备由北京建筑工程学院建材实验室提供，各设备 如下。 ( 1 ) 新标准砂石筛( g b t 1 4 6 8 4 ) 。 ( 2 ) 震击式标准振筛机( z b s x9 2 a 型) 。 ( 3 ) 水泥细度负压筛析仪( s f 。1 5 0 型) 。 ( 4 ) 水泥浆搅拌机( n j 1 6 0 a 型) 。 ( 5 ) 行星式砂浆搅拌机( n t 2 0 0 0 型) 。 ( 6 ) i s o 水泥标准稠度测定仪。 ( 7 ) 水泥标准养护箱( g b t 1 7 6 7 1 4 0 a 型) 。 ( 8 ) 称量及测量用具( 电子称、量杯、量筒、直尺) 。 ( 9 ) 电动抗折试验机( d k z 5 0 0 0 型) 。 ( 1 0 ) 6 0t 压力试验机( n y l 6 0 型) 。 ( 1 1 ) 拉伸试验机。量程2 ，0 0 0 n ，精度1 。 ( 1 2 ) 拉伸专用夹具。符合j g 2 4 - - 2 0 0 0 标准要求。 ( 1 3 ) 标准砂浆试验试模。包括凝结时间、流动度、强度、收缩试验试模。 ( 1 4 ) 秒表。 ( 1 5 ) 自制试验试模。包括投伸粘结强度、抗裂冲击性试验所用试模。 f 1 6 ) 1 0 0 0 1 5g 钢球。 2 3 试验项目 由于目前国内还没有关于水泥基自流平材料的标准规定，国际上都是各个 公司自己根据实际施工情况制定相关的标准，因此本课题要进行的试验项目只 能参考各个国家的标准。一般情况下各个国家的标准中凝结时问、流动度、抗 压强度、抗折强度、粘缩强度、抗冲击性都能满足要求，对尺寸变化率的要求 不严格，因此试验过程中拟定的试验项目如下。 第二章原材料及试验方法 ( 1 ) 流动度试验。流动度试模是直径为3 0m m ，高5 0 m m 的空心圆柱体， 流动基面为面积大于3 0 0m m 3 0 0 m m 的水平放最的平板玻璃。测试时将试模 置于流动基面中央，把制备好的水泥基自流平材料浆体灌满测试试模后5s 内 提升，使浆体自由流动。待流动停止后，用直尺测试两个垂直方向的直径，取 两个直径的平均值。流动度试验对同一浆体进行两次，流动度为两次试验结果 的平均值，精确至lm m 。流动度的测定包括初始流动度和2 0 m i n 后的流动度， 初始流动度测定使用新鲜拌合的浆体进行测试，随后将同批浆体放置2 0m i n ， 必要时少许搅拌，再次测试流动度。 ( 2 ) 凝结时间试验。测试方法按g b t 1 3 4 6 进行。 ( 3 ) 强度试验。强度试模为g b t 1 7 6 7 1 规定的试模，试件成型按g b t 1 7 6 7 1 规定进行，无需振动，2 4 h 后脱模，在标准试验条件下放置1d 、3d 、2 8d 。试 件养护到规定龄期后，按g b t 1 7 6 7 1 水泥胶砂强度检验方法进行试验。 ( 4 ) 尺寸变化率试验。尺寸变化率试验的试模为g b 7 5 1 8 1 规定的试模。成 型时，将浆体倒入收缩试模内，无需振动，在标准试验条件下养护2 4h 后拆模， 标号，标明测试方向，然后按标明的测试方向测定试件长度，即为试件的初始 长度岛。然后将试件在标准试验条件下养护2 8d 后，按标明的测试方向测定试 件长度厶，即为自然干燥后长度。 尺寸变化率按式( 2 1 ) 进行计算 s = ( 厶一l o ) ( 工一l d )( 2 一1 ) 式中，s 尺寸变化率： 厂自然干燥后试件长度( 埘衄) ； 三厂初始长度( m m ) ； 试件长度，2 6 0m i l l ； 三r 一两个收缩头埋入砂浆中长度之和，即1 0 2 m m 。 尺寸变化率按三个试件的算术平均值来确定，如果有个别数值与平均值偏 差大于2 0 ，应剔除，但一组至少有二个数据计算平均值。 ( 5 ) 拉伸粘结强度试验。测试水泥基自流平材料的拉仲粘结强度时要用自 制的成型框。成型框外框尺寸7 0m m x 7 0m m ，内框尺寸4 0m m 4 0m m ，厚 度5f f l m ，材料为会属，如图2 1 所示。 将成型框放在预制好的水泥砂浆试块( 7 0 m m 7 0 m m 2 0 m m ) 的成型面 上，将制备好的料浆到入成型框中，压实，抹平，放置到样品初凝后出模， l o 第二章原材料及试验方法 个试件为一组。脱模后的试件在试验条件下放置7d 后进行测试，第6d 时用环 氧树脂粘结剂将拉伸上夹具粘结在被测样品的表面，用1 蝇砝码在拉伸夹具上 放置2 4 h 后测试。见图2 2 。 将拉伸粘结强度央具安装到试验机上，试件置于拉伸粘结强度夹具中( 图 2 3 1 ，以1 0m m m i n 速度加荷，加荷至试件破坏，记录试件破坏时的值。 拉伸粘结强度按式( 2 2 ) 计算，精确至0 1 m p a 。 rt 尹f a ( 2 - 2 ) 式中，r 一拉伸粘结强度( m p a ) ； 卜试件破坏时的荷栽( n ) ； a 粘结面积，1 ，6 0 0m m 2 。 试验结果中，舍去超出平均值2 0 的数据计算平均值。 图2 1成型框图 1 水泥基自流平材料浆体2 砂浆底板 拉伸粘结强度图 1 拉伸下火具2 拉伸上央具3 环氧树脂4 自流平材料浆体5 钢制垫板6 基材 图2 - 3 拉伸粘结强度示意图 ( 6 ) 抗冲击性试验。本试验需要用自制的2 5 0 m m x 2 5 0m m 5 0m m 的金 2 第二章原材料及试验方法 属模具( 如图2 - 4 所示) 。将2 5 0m m 2 5 0r a m 4 0m n l 的普通砂浆底板放入金属 模具内，四周央紧，然后将制备好的水泥基自流平材料浆体倒入砂浆底板上f 如 图2 5 所示) ，无需振动，2 4h 后脱模，在标准试验条件下放置2 8d 。用1 , 0 0 0 1 5g 钢球从1m 高度自由落下，目测测试试件表面是否有开裂及脱离底板现 象，每个试件选三个距离大于5 0n l n l 的点，每组试件为3 个。三个试件均无丌 裂及脱离底板现象时为无开裂、无脱落。 2 - 4 金属模具图 2 4 各项试验指标 1 0 4 0 3 2 l 金属模具2 砂浆底扳3 水泥基白流r 材料浆体 2 - 5 抗冲击性试验图 地面水泥基自流平材料的一个重要性质是能够在自重或微小外力作用下自 动找平，因此需要有很大的流动度。流动度太大，易使拌合后的浆体产生分层 离析，从而使性能下降；流动度太小，在自重或微小外力下不能自动找平。不 同的国家对流动度的要求不同，在前面的介绍中水泥基自流平材料初始流动度 的下限为1 9 0n l r n ，上限为2 5 0m m 。经过与同学和老师们讨论，初始流动度的 范围定为2 0 0 2 2 0r n n l ，2 0m i n 后流动度的下限指标定为1 8 0m m ，即l 虹水泥 基自流平材料浆体在初始流动度达到2 0 0 2 2 0m m 、2 0m i n 流动度不小1 8 0m m 时的用水量为其用水量。 为了满足施工工艺的要求，必须对凝结时间进行控制。初凝时间太小，难 以保证有足够的施工时间，在施工之前，浆体已经凝结，从而使凝结硬化后的 表面不光滑平整，影晌施工操作性及美观性；终凝时间太长，不能保证有足够 的早期强度，从而影响在表面进行的其它工作，因此必须严格控制凝结时间。 综合各个国家对水泥基自流平材料凝结时间的要求，文章中地面水泥基自流平 第二二章原材料及试验方法 材料的初凝时间不小于4 5m i n ，终凝时间不大于9h 。 参考国外水泥基自流平材料下限指标中的强度要求，并经过讨论与分析， 对新型地面水泥基材料的抗折强度、抗压强度及拉伸粘结强度作表2 3 中的规 定。 表2 - 3 新型水泥基自流平材料的强度规定( m p a ) 文章中对尺寸变化率的要求较严格， 2 8d 尺寸变化率如果大于0 0 5 在后期应用中可能产生裂纹，即为不合格。 对抗冲击性要求不开裂、不脱落。 第三章 砂的掺量和级配对地而水泥基自流平材料性能的影响 第三章砂的掺量和级配对地面水泥基自流平材料性能的影响 为确定砂的掺量及级配，因此作了砂的掺量和级配对水泥基自流平材料性 能的影响试验。 试验时，选用普通硅酸盐水泥、i 型抗裂防水剂、硅扶、u n f 减水剂、试 验室存放的砂( 颗粒级配见表3 1 ) 进行试验。 表3 - 1 砂的级配 3 1 砂的掺量对水泥基自流平材料性能的影响 确定砂的掺量对水泥基自流平材料性能的影响时，将水泥、i 型抗裂防水 剂、硅灰、减水剂的掺量固定不变，改变砂的用量，研究砂的掺量对水泥基自 流平材料性能的影响。根据选材时的试验数据及经验，先将水泥、抗裂防水剂、 硅灰、减水剂的质量比定为l ：o 1 8 7 ：o 1 1 2 ：o 0 2 8 ，砂与水泥的质量比分别为 0 1 8 7 ：1 、0 2 8 0 ：l 、0 3 7 4 ：1 、o 5 6 1 ：1 、o 6 5 4 ：1 ，分别标记为s l l 、s l 2 、 s l 3 、s l 4 、s l 5 、s l 6 ，即s l l 表示水泥、抗裂防水剂、硅灰、减水剂、砂的 质量比为1 ：0 1 8 7 ：0 1 1 2 ：o 0 2 8 ：0 1 8 7 ，其它标号类似。 3 1 1砂的掺量对用水量及流动度的影晌 各原料千拌后，流动度由用水量决定，用水量越大，流动度越大。因此作 水泥基自流平材料的其它各项性能试验前，首先必须确定它的用水量a 用水量 及流动度试验结果见表3 - 2 所示。 表3 - 2 用水量及流动度试验结果 第三章砂