（材料学专业论文）矿渣在水泥基地面自流平砂浆中的应用研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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，也不包含为获得武汉理工大 学或其他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：红仁日期：逾缸4 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本 学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使 用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) 虏怨 秒( 签名) 辛嘶翌日期舯m i 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 自流平地面材料是一种以有机或无机胶凝材料为基材，加入各种助剂改性 的用于地面自找平的新型地面材料。良好的流动性是自流平砂浆的首要性质， 满足良好的流动性才能够找平建筑物的混凝土地面，消除传统地面的不平整和 缺陷，继而进行木地板、地毯及瓷砖等常规地面装饰材料的铺设。随着国外干 混砂浆技术在中国的不断推广和应用，水泥基地面自流平材料的优越性能逐渐 得到了国内外相关企业的认同。然而，尽管水泥基自流平砂浆有诸多优点，但 为了达到良好的工作性能及稳定均匀的硬化后期性能，需要对砂浆的技术性能， 配方组成等方面进入更深入的研究。 当前国内自流平材料在应用和施工中均存在着成本较高的问题，建筑工程 中的大面积使用用户还难以接受。因此本课题主要从自流平地坪材料的原材料 入手，着手解决砂浆的成本问题，一方面使用矿渣微粉掺入自流平砂浆中作为 填料，并替代一部分胶凝材料加以研究；另一方面直接利用经过筛分的高炉废 渣作为自流平砂浆的骨料，研究其对地坪砂浆带来的影响，通过对各种外加剂 的调整，开发出一种适合于工业生产且成本低廉的地面自流平产品。通过对武 汉钢铁集团的工业废渣的大量使用达到经济和环境上的双重效益。 通过研究表明矿渣微粉和矿渣砂的掺入能够获得性能良好的地面自流平砂 浆。实验研究的内容和结果包括：国产s m 系列减水剂具有良好的性价比，可 以获得较好的流动性和力学性能。同时在骨料中掺入一定量的粗砂不仅可以改 善砂浆流动性，而且还能增加砂浆的力学性能。矿渣微粉比表面积大于 3 5 0 m 2 k g 即能发挥良好的活性，同时全部替代双飞粉作为填料可以获得更好的 力学性能。砂浆的强度随着水泥的掺量的增加不断增加，选择普通硅酸盐水 泥和铝酸盐水泥掺量分别为1 8 和1 2 可获得良好的性价比。矿渣砂作为骨 料获得的强度比传统石英砂高，且矿渣砂和石英砂配合使用比单独使用一种骨 料强度高。通过不同缓凝剂对自流平砂浆强度的影响得知，d b g 缓凝剂的加 入不但具有较好的流动性且能够大幅度提高砂浆的力学性能，当掺入量为0 3 时，其2 8 d 抗压强度可达到3 8 8 m p a 。 关键词：自流平砂浆，矿渣微粉，矿渣砂，地坪材料 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s e l f q e v e l i n gf l o o rm a t e r i a li san e wg r o u n dl e v e l i n gm a t e r i a l sw h i c hu s e d o r g a n i co ri n o r g a n i cb i n d e ra sb a s em a t e r i a la n dj o i n e dv a r i o u sa d d i t i v e s t h ec r u c i a l p r o p e r t i e si sp e r f e c tf l u i d i t yf o rl e v e l i n gc o n c r e t es u b s t r a t ea n de l i m i n a t i n gu n f l a t n e s s a n dd e f e c ti nt r a d i t i o n a lf l o o r a n dt h ef i n a lc o v e r i n gs u c ha sac a r p e to rp a r q u e tc a n b ea p p l i e do nt h ef l o o r w i t hf u r t h e rp r o m o t i n ga n da p p l i n go ff o r e i g nd r ym o r t a r t e c h n o l o g yi nc h i n a ，t h es u p e r i o rp e r f o r m a n c ew a sg r a d u a l l ya d m i t e db yd o m e s t i c e n t e r p r i s e s m o r er e s e a r c hs h o u l db ed o n eo nt e c h n i c a lp e r f o r m a n c ea n dc o m p o s i t i o n o fm o r t a rf o re x c e l l e n tw o r k a b i l i t ya n dl a t e rh a r d e n e dp e r f o r m a n c ea l t h o u g ht h e r e w a sm a n ye x c e l l e n c e si nc e m e n t i t i o u ss e l f - l e v e l i n gf l o o rm a t e r i a l n o w ，h i g hc o s to fs e l f - l e v e l i n gm a t e r i a l sm a d ec u s t o m e r sa c c e p t e dh a r d l yf o r l a r g ea r e au s ei nc o n s t r u c t i o nb e c a u s et h e r ew e r es o m ep r o b l e m sf o rt h ea p p l i c a t i o n a n dc o n s t r u c t i o ni no u rc o u n t r y s ot h i sr e s e a r c hh a ss o l v e dt h eh i 曲c o s ti s s u eb y f l o w i n gt w oa s p e c t s o nt h eo n eh a n d ，s l a gp o w d e ru s e da sf i l l e rm i x e di n t o s e l f - l e v e l i n gm o r t a ra n dr e p l a c e dap a r to fc e m e n t o nt h eo t h e rh a n d ，s l a gs a n du s e d a sc o a r s ef i l l e ri nt h i ss t u d yd i r e c t l yf o r mf u r n a c ew a ss i e v e di n t oas t a b l eg r a d a t i o nt o r e p l a c eq u a r t zs a n da n de x p l o i t e dan e wf i e l di nd i s p o s i n gi n d u s t r i a lb ys t u d y i n gt h e e f f e c t so nt h ep e r f o r m a n c eo fm o r t a ra n da d j u s t i n gt h ea d d i t i o na n dt y p ef o rk i n d so f a d d t i v e i n d u s t r i a ls o l i dw a s t eo fw u h a ni r o n & s t e e lc o m p a n yw e r eu s e da sr a w m a t e r i a li ns e l f - l e v e l i n gm o r t a rf o re n v i r o n m e n t a la n de c o n o m i c a lb e n e f i t s t e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d d i t i o no fs l a gp o w d e ra n ds a n dc a ne x p l o r eg r e a t p e r f o r m a n c es e l f - l e v e l i n gm o r t a r t h ec o n t e n to ft h er e s e a r c hi n c l u d e d ： 1 ) t h ed o m e s t i cs mw a t e rr e d u c i n ga d m i x t u r eh a st h ec o s t e f f e c t i v ea d v a n t a g e ， m o r es u p e r i o rf l u i d i t ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sc o m p a r e dw i t hf o r e i g nw a t e r r e d u c i n ga d m i x t u r e m e a n w h i l e ，m i x i n gc o a r s es a n dc o u l di m p r o v et h ef l u i d i t ya n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fm o r t a r 1 1 e x c e l l e n tp o z z o l a n i c a c t i v i t y a n da l lr e p l a c e m e n to fs l a gp o w d e ru s e da sf i l l e rc o u l dg o tm o r em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s 3 ) w i t hi n c r e a s i n go fc e m e n ta d d i t i o nt h es t r e n g t hi n c r e a s e dg r a d u a l l y t a k i n g t h ec o s ta n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fm o r t a ri n t oc o n s i d e r a t i o n ，t h ea d m i x t u r eo f18 p oa n d12 c aw e r es e l e c t e d 4 ) 1 1 1 es t r e n g t ho ft h em i x t u r eo fs l a ga n dq u a r t zs a n dw a sh i g h e rt h a ni tu s e d o n l y a n dh i g h e rs t r e n g t hc o u l dg o tb yu s i n gs l a gs a n dt h a nt h a to fq u a r t zs a n d 5 ) c o m p a r e dw i t ht h ee f f e c to fo t h e rr a s t a d e r so np e r f o r m a n c eo f m o r t a r ，d b g s h o w e db e t t e rf l u i d i t ya n dv a s t l yi m p r o v e dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s c h o o s i n go 3 d b ga st h eo p t i m a la m o u n ti nm o r t a r ，t h es t r e n g t hr e a c h e d3 8 8 m p ao n2 8 d k e y w o r d s ：s e l f - l e v e l i n gm o r t a r ，s l a gp o w d e r ，s l a gs a n d ，f l o o r m a t e r i a l s i i l 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t i i l 者论1 1 1 自流平材料的分类与市场现状l 1 1 1 水泥基自流平材料1 1 1 2 石膏基自流平材料2 1 1 3 环氧树脂地坪涂料3 1 1 4 聚氨酯地坪涂料4 1 2 国内外水泥基自流平材料的发展现状5 1 3 国内外水泥基自流平材料研究现状6 1 4 地面用水泥基自流平砂浆性能1 0 1 4 1 地面自流平砂浆的组成一1 0 1 4 2 自流平砂浆满足的技术规范1 2 1 5 地面自流平砂浆研究的意义1 4 1 6 课题研究的内容和采取的技术路线1 5 1 6 1 研究内容15 1 6 2 拟采取的研究方法、技术路线1 6 2 实验材料和实验方法 2 1 实验材料17 2 1 1 水泥17 2 1 2 石膏一l7 2 1 3 砂17 2 1 4 双飞粉和矿渣微粉l7 2 1 5 外加剂1 8 2 2 试验方法19 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 1 标准试验条件19 2 2 2 流动度试验19 2 2 3 保水性实验1 9 2 2 4 机械性能实验1 9 2 2 5 尺寸变化率19 2 2 。6 拉伸粘结强度1 9 2 2 7 耐磨性19 3 水泥基自流平砂浆多 l 1 j n 剂的适应性 3 1 减水剂对砂浆的适应性研究2 0 3 1 1f l o 对砂浆流变性能的影响2 0 3 1 2 进口聚羧酸系列减水剂对砂浆流变性能的影响2 l 3 1 3 国产聚羧酸减水剂对砂浆流变性能的影响2 3 3 2 正交试验2 5 3 2 1 正交因素水平2 5 3 2 2 正交试验结果2 5 3 3 结论j 2 7 4 矿渣微粉对砂浆性能的影响2 8 4 1 矿渣微粉作为填料取代双飞粉2 8 4 2 矿渣微粉比表面积对砂浆性能的影响2 8 4 3 碱性激发剂对砂浆性能的影响3 0 4 4 石膏种类对自流平砂浆的影响3 0 4 5 矿渣微粉和水泥比例调节对自流平砂浆性能的影响3 1 4 5 1 水泥量调整对砂浆性能的影响3 l 4 5 2 矿渣微粉取代普通硅酸盐水泥对砂浆性能的影响3 3 4 5 3 水泥中普通硅酸盐水泥和铝酸盐水泥比例的调整3 4 4 6 结论3 6 5 矿渣砂对砂浆性能的影响 5 1 不同骨料对自流平砂浆的影响3 7 5 1 1 各种砂对砂浆性能影响3 7 武汉理工大学硕士学位论文 5 1 2 矿渣砂和石英砂配合使用4 0 5 2 外加剂对矿渣砂自流平砂浆的影响4 2 5 2 1 不同聚羧酸减水剂对矿渣砂自流平砂浆的影响- 4 2 5 2 2 缓凝剂对矿渣砂砂浆的影响4 3 5 2 3 高掺量矿渣体系自流平砂浆性能的优化4 5 5 3 总结4 7 6 结论和展望 6 1 结论4 8 6 2 展望。：4 9 致谢 参考文献。 附录 5 1 1 绪论 自流平地面材料是一种以有机或无机胶凝材料为基材，加入各种助剂改性 的用于地面自找平的新型地面材料。自流平地面就是利用流动性极好的自流平 地面材料，施工在地基上自动形成水平面一致的、具有所需功能的平整地面。 水泥基自流平地面材料配制所采用的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，保持适当的粘度系数，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性；同时掺入粉煤灰、硅灰等活性矿物掺 合料，改善胶凝材料的颗粒级配，利用掺合料颗粒形貌效应提高拌合物的变形 性能、抗离析及保水性能，同时提高耐久性能；在优化各组分的配合比的基础 上配制水泥系自流平地面材料。 1 1 自流平材料的分类与市场现状 1 1 1 水泥基自流平材料 水泥基自流平材料是有多种材料组成的非常复杂的系统，其对原材料的品 种与用量要求均十分严格，砂浆的性能会根据原材料品质的细微变化产生很大 的差异n 1 。我国自流平地坪材料起始于上世纪9 0 年代初，当时有机f i l - j j n n 研究 的落后，且价格昂贵，导致大面积施工成本较高。随着我国经济的快速发展， 国外可再分聚合物树脂胶粉和保水效果较好的高性能纤维素引入国内，以及国 内一些外加剂的发展，使得自流平地坪砂浆有了稳定的材料基础和应用市场。 至今自流平材料已成为品种多样、功能齐全、用途广泛的一类地坪材料。 自流平地坪砂浆由以下几个部分组成：( 1 ) 基材：硅酸盐水泥、硅酸盐早强 水泥、超快硬水泥等；( 2 ) 骨料：石英砂、河砂、海砂等，砂的形状以近似于球 形为佳；( 3 ) 混合材：粉煤灰、矿渣粉等；( 4 ) f i b i j i l 剂：主要有减水剂( 木质磺酸 盐、烷基芳基磺酸盐等) 、增稠剂( 纤维素、聚丙烯酸盐、天然橡胶等) 、缓 凝剂( 胺酸类、磷酸盐、蛋白质分解物等) 、p h 值调节剂( 水泥、熟石灰等) 、 消泡剂( 有机硅油、非离子界面活性剂等) 、表面硬化剂( 尿醛树脂、三聚氰 胺甲醛树脂等) 等助剂，必要时还可掺加憎水剂、颜料等。 武汉理工大学硕士学位论文 水泥基自流平材料的特点：( 1 ) 在浇注地坪时，只需稍加压平即可获得平整 度高、表面光滑的地坪。( 2 ) 品质稳定，可将s l m 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。( 3 ) 施工效率高，且在施工时还可以在地坪 层中架设钢筋骨架，能更好的满足地坪的重负荷要求，不仅克服了传统混凝土 材料施工速度慢、平整度差以及出现开裂、剥落、起灰等多种缺陷。( 4 ) 可根据 不同性能和功能的需求，选用不同的原材料和设计配方，制造出拥有不同特性 的地坪材料。 根据国家地坪行业调研报告显示，2 0 0 7 年，欧洲的水泥基自流平在地坪行 业中的应用已达到1 5 0 万吨年，1 亿平米，其中德国的用量在2 7 万吨年左右， 应用面积在2 0 0 0 万平米，我国的用量己超过了1 5 万吨年。如今我国水泥基自 流平市场己由成长期过渡到成熟期，越来越多的国外品牌开始进驻中国，已打 开我国市场的外资企业也纷纷扩大规模或并购其他企业以寻求扩大在我国的市 场占有率，而国内的企业则抢占中、低端市场。 1 1 2 石膏基自流平材料 自流平石膏是自流平地面找平石膏的简称，主要分为0 【半水石膏型与无水 硬石膏型两种，它是一种在混凝土楼板垫层上能够流动摊平，即在自身重力作 用下形成平滑表面，成为较为理想的建筑物地面找平层，是铺设地毯、木地板 和各种地面装饰材料的基层材料。建筑物室内地面的传统做法是先用水泥砂浆 做找平层，然后再做面层。这种做法既费工又费时，特别是找平层，需手工抹 平。而用自流平石膏，则可直接在垫层上浇灌找平层，待其硬化后，用户又可 根据自己的意愿在石膏找平层上做饰面层。在自流平砂浆中，这些多余的水份 将蒸发到空气中去，如果这一过程发生过快的话，就会引起十分明显的砂浆收 缩，进而导致在砂浆中出现裂缝。但在石膏基自流平砂浆中则不会出现这种情 况，从而促进了石膏自流平的发展雎1 。 采用自流平石膏施工的地面，尺寸准确，平整度极为突出，不空鼓、不开 裂。浇灌2 4 小时后，即可在上面行走；4 8 小时后可以在上面进行作业。干燥后， 一般不需要进行修整，其平整度就能达到高水平，可直接在地面上铺贴p v c 板 或地毯等。若做实木地板或粘贴地面砖，用黏结剂量极少，既减少了楼层地面 重量，又节省了大量黏结剂。由于自流平石膏地面导热系数大大低于水泥砂浆 地面，因此脚踩在上面没有冰冷感觉。 2 武汉理工大学硕七学位论文 汪峻峰在石膏自流平砂浆的研制及应用的讲稿中指出水泥基自流平砂 浆的收缩率远远高于石膏基自流平砂浆，到2 8 天，水泥基自流平砂浆的收缩率 约为1 1 7 m m m 。随着时间的延续，水泥基自流平砂浆的收缩率在3 个月达到约 1 3 l m m m ，但石膏基自流平砂浆仍保持在0 1 9 m m m 左右，也就是说，在水泥 基自流平砂浆中由于过高的收缩率极有可能导致自流平砂浆的裂缝，所以在实 际施工过程中应对水泥基自流平砂浆采取必要的养护处理措施以保证工程质 量。 由于水泥找平层的缺陷，石膏基地坪找平层早在1 9 6 5 年的欧洲就得到应用。 所有类型的无水石膏( 烟气脱硫石膏，化学加工的合成石膏，天然石膏) 或a 一半 水石膏都作为粘合剂的基本。无水石膏基自流平砂浆两周内干燥，而水泥基自 流平砂浆至少需要四周。另外石膏基材料还具有良好的保温隔声特性，可提高 居住的舒适度，具有呼吸功能等优点。所以，无水石膏基自流平砂浆相对水泥 基自流平砂浆有很多优点。 石膏基自流平材料广泛应用于室内地面的找平处理和地板采暖地坪系统， 是一种经济环保型建筑材料口3 。其特点为：1 ) 收缩小，石膏基材料不像水泥基 材料那样容易出现收缩，在凝结硬化过程中还略有膨胀，不易形成裂缝。2 ) 强 度高，石膏基自流平砂浆的强度增长与砂浆本身的干燥程度有很大的关系，除 了形成二水石膏所需的水外，多余水分会蒸发逸散，进而产生强度，其2 8 d 强度可达3 0 m p a 以上。3 ) 凝结硬化快，其在7 0 m i n 即可达到初凝，3 h 左右即 可在其上行走，施工效率相当高。 我国每年新增建筑面积近2 0 亿平方米，若按其中一半的地面( 1 0 亿平方米) 采用自流平石膏，每平方米需要2 0 公斤自流平石膏( 粉) ，共需2 0 0 0 万吨自 流平石膏( 粉) ，而其中的成份5 0 是高强石膏，即每年需求1 0 0 0 万吨的高强 石膏来生产自流平石膏。， 1 1 3 环氧树脂地坪涂料 环氧地坪涂料分为溶剂型和无溶剂型，是有环氧树脂为主要成膜物质的地 坪涂料，通常还包含溶剂、固化剂、颜料、助剂等材料。环氧树脂涂料以其硬 度高、耐磨性好、附着力强、耐化学药品性优异等特点，广泛应用于工业地坪 的涂装。溶剂型环氧地坪涂料原料易得，性能优良，涂层附着力好，坚韧耐磨， 不产生裂纹，耐化学品腐蚀。但是为了扩大应用领域，满足环保需求，环氧地 武汉理工大学硕士学位论文 坪涂料应向零v o c ( 无溶剂和水性化) 和功能化( 如抗静电和高弹性) 方向发展。 目前，水性环氧地坪涂料有两种：一种是强制乳化或自乳化的环氧树脂乳 液与水可分散的环氧固化剂配合；另一种是低分子量液态环氧树脂与具有乳化 作用的环氧固化剂配合。其特点为：1 ) 涂膜附着力高、耐腐蚀性和耐化学药品性 能优异、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性优异；2 ) 以水作为分散介质，气味小、 不燃，贮存、运输和使用符合环保要求；3 ) 水性环氧地坪涂料固化后涂膜中会有 少量的水分存在，可以避免无溶剂环氧地坪涂料由于固化太致密而造成混凝土 内的水汽无法除去，产生鼓泡、变形、空鼓甚至剥离等涂膜缺陷；4 ) 使用方便， 施工性能好，施工工具可用水直接清洗，降低施工成本；5 ) 适用范围广，可在室 温和潮湿的环境中使用，并且对旧基材也有良好的重涂性；6 ) 装饰性强，表面光 滑平整，有半光、亚光及多种颜色可供选择h 吲。 由于不含溶剂，无溶剂环氧地坪对环境不会造成污染，亦无燃烧、爆炸危 险，同时性能上耐水、耐化学品腐蚀、耐酸碱、抗压、耐磨、附着力好，对地 坪有足够的保护作用。无溶剂环氧自流平环氧地坪涂料与溶剂型固体环氧地坪 涂料相比，具有以下优势：不污染环境；可在潮湿表面施工；固体分含量高， 成型后涂膜厚；配比可调整范围宽，工艺易控制。国内地坪材料以环氧类材料 为主，且以溶剂型环氧为主，约占7 8 成。作为最早应用于地坪的树脂类材料， 其技术最成熟且用量最大。 1 1 4 聚氨酯地坪涂料 聚氨酯地坪涂料是以聚醚树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂或环氧树脂为甲组 分，异氰酸酯为乙组分而构成，主要有弹性地坪涂料和防滑地坪涂料。聚氨酯 类地坪涂料分为有弹性要求的聚氨酯弹性地坪涂料，和加入防滑剂或在施工时 使用防滑剂施工的聚氨酯防滑地坪涂料。 聚氨酯类弹性地坪涂料多为双组分常温温固化涂料，由聚氨酯弹性预聚物 甲组分和由含羟基树脂组分与颜料、助剂等混合组成的乙组分所组成，施工时 将甲、乙组分按比例混合，涂装后涂料交联固化成膜，形成具有弹性的彩色地 面涂膜。其特点是：具有优良的耐水、耐酸碱、耐油污、不起尘、易清洁、有 弹性、优良的附着力及耐磨性等物理学性能以外，还具有良好的延伸性和抗冲 击性等特性，可赋予地面以减震作用和行走更舒适的功能性特征，是高级机房、 实验室、体育场馆、超净厂房，以及会议室、影剧院等各种要求具有弹性的工 4 武汉理工大学硕士学位论文 业及民用建筑地面用涂料的良好选择。聚氨酯有很好的防滑性能，可用于防滑 性能要求高的场合如海上采油平台、高压输电线铁塔、微波塔、航空母舰甲板， 以及停车场、车间、医院、人行道、过街天桥、运动场和游泳池等建筑的地面， 能起到良好的防滑效果铲7 1 。 1 2 国内外水泥基自流平材料的发展现状 上世纪后期，受第三次工业革命的影响，各种新材料，新能源和航空航天 工业等领域得到了创新和发展，西欧和日本的经济得到快速的发展。这时候一 些材料厂商如西卡、麦斯特m b t 、日本的a b c 株式会社和富斯乐( f o s r o c ) 等 均有混凝土地面用水泥基耐磨材料类型产品问世，并且该产品在工业厂房建设 中广泛应用。到7 0 年代，。日本由于劳动力紧张，水泥基自流平材料最先发展起 来，在1 9 8 2 年开始出现水泥基自流平地面材料，并因其用途广，用量大，质量 稳定，在市场上得到了迅速发展和广泛的认同，其它发达国家也相继推出了各 种品牌的水泥基自流平地面材料，特别是以欧美为代表的国家和地区，因其主 要追求的是功能性和耐久性，更是以水泥基自流平为主。 1 9 7 2 年日本住宅公团首先对石膏基材料进行研究，并于1 9 7 6 年对采用仪 半水石膏为基材的石膏基自流平地面材料进行了施工试验，1 9 7 7 年，石膏基自 流平产品开始少量用于商业。市场上的石膏基自流平材料主要原料是i i 型硬石 膏和a 半水石膏，德国的帕依爱罗公司用i i 型无水石膏，奇罗尼公司用a 半水 石膏都生产了强度为2 0 - - 3 0 m p a 、铺设厚度为1 0 m m 的石膏基自流平地坪材料。 美国开发了a 、b 一石膏混合物，在现场加入骨料后泵送的石膏基自流平地坪材料 也得到广泛应用。 亚太地区为代表的国家和地区，由于追求表面效果，以有机类地坪材料居 多，但是日本由于其人口少，劳动力紧张和费用高，对于水泥基自流平产品的 开发较早。韩国对地面自流平砂浆进行了研究、生产与应用，并于2 0 0 1 年制定 出了k s f 4 0 4 1 ：2 0 0 1 水泥基自流平砂浆国家标准，以规范其产品的生产。 目前国内水泥地面自流平材料的发展与国外先进国家相比差距较大。首先 国内水泥地面自流平材料的品种较少，因此需要加快完善产品种类，扩大使用 范围，如快硬自流平材料，2 - 6 小时即可上人行走；工业用耐磨地面自流平材料； 高强度、高性能的地面自流平材料等。另外，还需加强水泥地面自流平材料施 5 武汉理工大学硕士学位论文 工机具的开发和引进。自流平材料作为一种地面施工的新材料、新技术，随着 它的推广应用，施工和设计部门对这种材料的深入了解和认识，它所具有的独 特性能将会逐步被人们所认识和接受。随着该材料品种增多，功能增加，成本 的进一步下降，它将在改善建筑物地面质量，降低劳动强度，推动地面施工与 应用技术的发展上发挥越来越重要的作用，具有极广阔的应用前景。且国内地 坪市场占有率还很低，但随着我国基本建设，基础改造，房地产等固定投资规 模的扩大，在未来几年内我国地坪行业具有相当大的发展空间，市场容量相当 大。水泥基自流平材料的使用不仅仅在工业和民用建筑中，在国内机场、医院、 学校、体育馆、奥运项目都得到了广泛的应用。 1 3 国内外水泥基自流平材料研究现状 上世纪8 0 年代，国内外有关专家对传统地面作法进行了一次改革，研究出 一种新的材料一地面自流平材料。这类材料按规定加水搅拌成流动性很大，且 稳定的浆状物，倒于地面，自流找平，硬化后即制得光洁平整的地面。可有效 地取代传统地面做法，并可简便地修复传统地面施工出现的问题，也可用于已 磨损、起砂、损坏的旧地面的修补凹1 。b 景龙等阳1 通过一系列正交实验，研制 了一种价格便宜、性能优良的地面自流平材料。并对自流平材料中减水剂作用 机理及添加方法、颗粒级配对自流平材料性能的影响和粉煤灰的作用进行了讨 论。a m a t h i e u 等口叫提出了自流平砂浆中铝酸盐水泥使用，特别是普通硅酸盐水 泥( o p c ) 、高铝水泥( c a c ) 和硫酸钙的混合，提供了足够的钙、铝和硫来 形成钙钒石。c a c 在自流平砂浆中主要是对于早期强度的贡献，其快速的水化 成为早期强度的主要来源，满足自流平砂浆2 4 h 承载能力。t o m o h i r oe m o t o 等n 门 在以铝酸盐水泥一硅酸盐水泥一硫酸钙为胶凝材料的自流平砂浆中，流变性能和 水化动力学是原材料对于砂浆的流动性的重要考虑因素。铝酸盐水泥有比较短 的开放时间，而硅酸盐水泥的开放时间则较长，对于砂浆的流动性十分有利。 为了降低黏度，运用m f 2 6 5 1 f 作为减水剂和酒石酸作为缓凝剂。2 6 5 1 f 对水化速 率的影响相对于其他减水剂来说是微不足道的。流动度和屈服应力是相关的， 并不会因为胶凝材料模型的不同而不同。李玉海等n 2 1 研究表明石膏对于自流平 体系的收缩控制及强度发展有至关重要的作用。在实际应用中，为了达到比较 好的早期强度和后期强度并很好的控制收缩，一般将半水石膏与硬石膏搭配使 6 武汉理工大学硕士学位论文 用。在一定的配方体系中这两种石膏的配合不是任意的。地面自流平砂浆使用 的粗骨料发展到当前几乎均使用石英砂，细骨料则是使用市场上普通使用的重 质碳酸钙。h u i c 等n 3 3 研究了一种独立的新型的地坪结构，运用特殊的绝缘体， 提高了传统的轻砂浆地面抗震动性。h i d e n o r io n o 等4 1 介绍了一种新型的评估 防静电地坪的方法。我们一般通过两种方式进行评估，分别是衡量静电地坪的 抗电性和摩擦生电。g e o r g i n 等n 5 3 研究表明，水泥基自流平找平材料因为其周边 和角落无法找平使其使用受到限制。究其原因主要是找平材料中的水分梯度： 上面的部分干燥收缩，下面的部分干燥减弱而保持潮湿。文章主要通过使用硫 铝酸盐水泥代替传统的硅酸盐水泥解决上述的问题。b o u a s k e r 等引研究了填料 石灰石对于砂浆早期干燥收缩的影响。通过化学收缩和水化程度对砂浆进行衡 量。结果表明石灰石在水化的第一个小时中就加速了砂浆的收缩和水化速率。 而对于化学收缩并没有明显的影响。郭晔等n 7 1 将浆体中的粉体颗粒及其表面包 裹着的一层水膜作为复合颗粒，从而将求浆体中粉体颗粒堆积密度的问题转化 为求假想干粉体系复合颗粒堆积密度的问题，在s t o v a l l 模型的基础上推导了浆体 中连续粒径粉体的堆积密度计算方法，并通过试验确定了待定参数。该方法可 以用于模拟水泥、磨细矿粉、粉煤灰等胶凝材料细颗粒的堆积密度。 配制经济、耐久、高强的干粉砂浆一直是国内多方研究专家研究的课题。 而添加剂的选择和用量对提高干粉砂浆性能有重要影响。矿物添加剂的选用不 仅能改善干粉砂浆各方面的性能，而且对环境是一个大的贡献。地面自流平砂 浆所使用外加剂一般包括减水剂、增稠剂、缓凝剂、凝结膨胀减水剂、p h 值调 节剂、消泡剂、表面硬化剂等助剂，必要时还可掺加憎水剂、颜料等。徐景会 等n 胡对聚羧酸减水剂在水泥自流平砂浆中的应用进行了研究，认为聚羧酸减水 剂适用于水泥自流平砂浆并且具有较高的性价比，但在水泥自流平砂浆面层配 方设计中应注意气泡问题。钟世云等n 们研究了不同掺量的丁苯乳液( s b r ) 、丙 烯酸酯乳液( p a e ) 和苯丙乳液( s a e ) 对自流平砂浆不同龄期下的抗压、抗折强度 的影响。结果表明，在新拌自流平砂浆流动度相同的条件下，3 种聚合物改性砂 浆的3 d 抗折、抗压强度随聚合物掺量的增加均表现出抛物线型变化趋势。s b r 掺量为1 0 2 0 ( 质量分数) 的改性砂浆3 d 抗压、抗折强度分别可达1 8 2 0 m p a 和4 - - 6 m p a 。张杰等啷1 研究了v i n n a p a sr e 5 0 11 l 可再分散乳胶粉对 以矿物基无机粘结剂为基料的自流平地坪材料自流平性能的影响。试验结果表 明，该可再分散乳胶粉可显著改进自流平材料的粘结强度、拉伸强度、耐磨性 7 武汉理工大学硕士学位论文 能及抗折强度。杨医博等乜妇在保持单位体积用水量和骨料量相同的情况下，掺 加外加剂试件开裂情况更加严重( 开裂时间提前，开裂所需的干缩值通常较低， 最终裂纹宽度增加) ，这主要是由于掺减水剂后砂浆的均匀性改善和干缩通常 发展较快所致；掺加矿物掺合料通常也使砂浆开裂情况严重，这是由于掺矿物 掺合料后砂浆的均匀性、强度、干缩及徐变等性能改变所致。杨永民等瞳幻研究 表明，减水剂的饱和点掺量是水泥浆体获得最大流动性时的最小掺量。饱和点 不但对水泥浆的流动性能有意义，对水泥的胶砂强度和收缩也同样有意义。一 般而言，当减水剂掺量在饱和点附近时水泥胶砂强度达到最大值，掺量超过饱 和点后，强度会明显下降；随着减水剂掺量的增大，水泥砂浆的干燥收缩随之 增大。杨医博等瞳3 ，通过试验研究了几种类型的高效减水剂在同样水灰比和砂灰 比的情况下对砂浆干燥收缩性能的影响。试验结果显示：不同类型或同类型但 不同厂家生产的高效减水剂对砂浆的干燥收缩性能有不同的影响。d eg a s p a r o 口钔 的文章研究了水泥基自流平地坪砂浆的有机外加剂在试块中的分布，运用激光 扫描显微镜对内部的状态进行观察。通过不同厚度的试块和养护条件等全面分 析外加剂在试体中的质量分布。研究结果表明制约外加剂分布的主要因素是由 于水分的迁移，导致外加剂跟随其到达表面形成表面富集。j e n n i 等乜副通过聚羧 酸盐减水剂化学结构的研究，了解水泥颗粒的分布。主要针对其侧链长度，化 学键的聚合强度，官能团聚羧酸基和磺酸基和聚合物的纯度对其性质的影响； 通过在不同水灰比下衡量砂浆流动度合剪切应力考察减水剂对胶凝材料颗粒的 分散度。k a z u oy a m a d a 等对减水剂的研究表明，在高的水灰比下，聚羧酸减 水剂的化学结构对砂浆流动性的影响不是很显著，而在水灰比低于2 5 的时候 效果明显。伍艳峰等旧7 1 对聚羧酸系减水剂( p c ) 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。试验对比掺加p c 、萘系高效减水 剂( p n s ) 和密胺系高效减水剂( p m s ) 自流平砂浆的流动度、流动度保持性、 抗折和抗压强度及收缩值，结果表明，掺加p c 的自流平砂浆其各项性能更优。 李霞等啪3 采用4 种乳胶粉掺量、4 种地聚合物基体配制乳胶粉改性地聚合物砂浆。 研究了乳胶粉掺量和基体组成对乳胶粉改性地聚合物砂浆抗弯强度和抗弯韧性 的影响。彭家惠等1 研究了减缩剂和膨胀剂对水泥基自流平砂浆的自收缩、干 燥收缩的影响以及减缩剂对塑性开裂性能的影响，同时对作用机理进行了分析。 试验结果表明，减缩剂和膨胀剂对自流平砂浆的自收缩、干燥收缩有显著的抑 武汉理工大学硕士学位论文 制作用。掺2 的减缩剂2 8 d 自收缩率和干燥收缩率分别降低了8 3 7 和4 9 ； 膨胀剂掺量达到1 2 时，2 8 d 自收缩率降低了6 2 8 ，干燥收缩率降低了3 9 8 ； 减缩剂对塑性收缩开裂的抑制作用明显，掺量为2 o 时，开裂指数为0 。郭和 平啪1 认为添加剂的选择和用量对提高干粉砂浆性能有重要影响。矿物添加剂的 选用不仅能改善干粉砂浆各方面的性能，而且对环境是一个大的贡献。可再分 散乳胶粉和纤维素醚已经成为干粉砂浆所必不可少的添加剂，在提高砂浆韧性、 施工性能方面影响巨大。而在干粉砂浆中加入纤维是治理砂浆基体开裂的重要 措施。同时减水剂、缓凝剂、引气剂、速凝剂、早强剂等外加剂的使用对干粉 砂浆性能有重要影响。c o l l e p a r d i 等圯研究表明使用膨胀剂可以制造出有收缩补 偿的混凝土，但需要脱模后在养护期间提供足够的湿度。 矿物掺合料最先应用于水泥混凝土上，以提高水泥和混凝土的耐久性。其 国内在砂浆中的运用近些年也得到了广泛的研究。唐明等啼2 1 在试验中自流平砂 浆粉煤灰含量高达3 0 ，并将高效减水剂、引气减水剂、增稠剂、膨胀剂复合 在一起，配制的水泥基自流平砂浆具有扩展度大、扩展度经时损失小的特性。 不仅节约了成本又综合利用了废渣，使其成为可持续发展的绿色建材。王学森 等口3 1 文章显示超级自流平砂浆已成功地应用到注浆补强工程中，而掺入适量的 粒化高炉矿渣和硅粉的超级自流平砂浆，则进一步降低了绝热温升，获得了高 流动性，适用于泵注和成本更低廉的补强注浆材料。王学森等口们将单掺硅灰的 自流平砂浆成功地应用到注浆补强工程中。但在超大体积注浆补强工程中单掺 硅灰其绝热温升易引起结构开裂现象。为解决大体积注浆补强工程的综合性能 与成本，研究采用适量的矿渣、粉煤灰和硅灰的三掺法配方，对单掺硅灰自流 平砂浆进行改进，实现了进一步降低绝热温升，改善了砂浆流动性，降低了成 本。k a t s i o t i 等口胡研究了掺粉煤灰和珍珠岩的砂浆与不加任何掺合料砂浆在力学 性能和孔结构差异。结果表明运用外加掺合料可以对砂浆的微观结构进行改善， 这些材料在建筑上使用可以有良好的力学性能。其强度来源主要是形成了氢氧 化钙，水化硅酸钙以及钙矾石。b t i h l e r 等汹1 人研究了配方中的不同组份以及这些 组份对收缩和膨胀的不同阶段即塑性收缩、凝结膨胀和干燥收缩所产生的影响。 膨胀收缩行为主要取决于两种因素，即外部因素( 气候) 和内部因素( 配方) 。对 于后者而言，凝结的开始、加强和持续的时间是影响整个收缩膨胀行为的关键 所在。 9 胶凝材料一般由普通硅酸盐水泥( o p c ) 、高铝水泥( c a c ) 和硫酸钙混 合而成，以提供足够的钙、铝和硫来形成钙钒石。通常使用仅半水石膏或硬石膏 来快速释放硫酸根而无需增加用水量。而d 半水石膏的高空隙