地面自流平材料研究及應用

摘要

：

本文著重介紹了粉煤灰在自流平地坪砂漿材料中的應用，經過試驗證實粉煤灰在自流平地坪砂漿材料能提高砂漿的流動性有一定的幫助，而對提高抗壓強度無貢獻。

關鍵詞：自流平砂漿；粉煤灰摻量；抗折抗壓強度；

28

天強度

1 前言

自流平材料

（Self-Leveling Material ofFloor）研製應用於20世紀70年代，是一種以無機或有機膠凝材料為基料，加入適宜的外加劑改性，用於地面找平的新型地面材料。它可以在不平的基底上使用，提供一個合適、平整、光滑的和堅固的鋪墊底層，以架設各種精找平地板材料，例如地毯、木地板、PVC、瓷磚等。使用時操作簡單，只需按規定的水灰比範圍加水拌和均勻，機械泵送或人工施工後，無需人工抹平，靠漿體在自身重力作用下流動形成平整表面。其最大的特點就是能夠在很短的時間內大面積地精找平地面，可以克服水泥砂漿修補或打磨平整技術等方法工期較長的缺點。隨著低彈性模量的薄飾面材料（如PVC地板、橡膠地板卷材等）越來越廣泛的應用，自流平材料的應用越來越多，是大型超市、停車場、工廠車間、倉庫等地面鋪築的理想材料，市場應用潛力巨大。

１

地面自流平材料分類

自流平材料按主要基材不同可分為無機系和有機系兩大類。無機系自流平材料主要是指水泥基和石膏基自流平材料，有機系自流平材料主要指環氧樹脂自流平材料。

水泥基自流平材料關鍵是在低水灰比條件下，提高材料的流變效能，並且使其具有良好的粘聚性，防止泌水、離析。其主要技術路線一般是採取複合高效的外加劑以降低水膠比，提高流動性，保持適當的勃度係數，使拌合物具有自密實、自流平效能並具有抵抗離析所需的粘度；同時摻入粉煤灰、高爐礦渣、矽灰等活性礦物摻合料，增加流動性，在最佳化各組分配合比的基礎上配製水泥基自流平材料並開發研製單組分的彈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、天然無水石膏或Ⅱ型無水石膏等為基材，再新增常用骨料及各種效能外加劑配製而成。其特點為流動性高、初凝時間長、終凝時間適當、早期及後期強度較高、與基底粘結力高等。但是，石膏基自流平材料由於石膏的耐水性和抗磨性差、表面強度低，故不能用於陽臺、屋面及潮溼的地下室地面；呈中性或酸性。對鐵件有鏽蝕的危險，因而使得其應用受到限制。

由於水泥砂漿容易起灰、難清洗、不耐酸鹼腐蝕等缺點，難以滿足現代施工條件要求。於是，近年來發達國家已廣泛將環氧類高分子有機系自流平地面材料應用於工業車間地面。一般常用具有良好的耐化學品性、耐磨損和耐機械衝擊的環氧樹脂塗料和聚胺脂塗料。其特點主要為不受施工地面大小形狀的限制，色彩、光澤可調配，施工安全可靠。

２

地面自流平材料研究現狀

我國地面自流平材料的研究大約起始於

20世紀80年代末、90年代初，一開始的發展速度及普及推廣也較慢。一是這種材料目前還不太適合國情，二是國內目前經濟及施工技術相對比較落後。

近年來，我國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，對其效能研究主要包括以下幾個方面

：（1）流動效能：卜景龍、李天鵬

［1］

研究了砂的顆粒級配、形狀及減水劑對自流平材料流變性的影響，認為骨料的顆粒級配和形狀對漿體屈服應力和塑性粘度影響大；伍豔峰、孫振平

［2］

的研究表明聚羧酸系減水劑

（PC）作為一種新型高效能減水劑，用其配製水泥基自流平材料，可以充分發揮其低摻量、高減水率、良好的流動度保持性、良好的增強效果和低收縮等優點。（2）收縮效能：郭自力等

［3］

透過模型計算，分析了水泥砂漿收縮應變、徐變、地面厚度、長度對地面收縮應力的影響。結果表明，自流平水泥砂漿收縮應變是控制地面收縮應力的主要因素。劉麗芳、王培銘、楊曉傑

［4］

的研究表明砂漿表面水分蒸發越快，蒸發量越大，砂漿越容易出現塑性收縮裂縫，且裂縫總量越大。

（3）聚合物外加劑：張國防、王培銘、吳建國

［5］

研究的聚合物乳膠粉在改善砂漿力學效能的同時，有良好的減水作用，能明顯改善砂漿的和易性，提高砂漿的保水性，降低了新拌砂漿和硬化砂漿體積密度。同濟大學的蔣正武、孫振平

［6］

研製發明了單組分的彈性聚合物水泥基自流平材料，各方面效能較好。

（4）礦物摻合料：張冬梅、董靜

［7］

指出礦渣微粉作為摻合料用於自流平砂漿的生產，既可改善砂漿的可操作性，又可節約水泥，是礦渣綜合利用的新途徑。李玉海、趙銳球

［8］

採用不同的水泥及粉煤灰摻量配製自流平地坪材料，透過研究流動性、表面狀態、不同齡期的抗壓、抗折強度及拉伸強度，驗證了粉煤灰在自流平地坪砂漿中的作用。

３

地面自流平材料應用現狀

自流平材料是於

20世紀70年代開始發展的。日本由於勞動力緊張，對自流平材料的開發較早。日本在1972～1973年首先由住宅公團對石膏系、水泥系自流平材料進行了基礎研究，1976年對採用α-半水石膏為基料的石膏自流平材料進行了施工試驗，1997年已有商品出售。目前在日本已有7個公司11種品牌的石膏自流平產品，並在各種地面上應用。

我國市面上所出現的水泥基自流平材料主要以外加劑的形式銷售，其主要由活性礦物摻合料、膨脹劑、減水劑等組分組成，將其與傳統砂漿混合即可用於自流平地面。

1994年遼寧朝陽二建總公司與遼寧遼陽建築設計院研製開發了自流平隔音仿瓷地面。1997年北京建材研究院根據國際地面施工發展趨勢，結合國內具體情況和市場需要，研製開發適合國情的自流平材料，經大面積應用，效果良好

［9］

。目前國內關於水泥自流平砂漿的研究主要集中在各種組成材料及新增劑的種類、成分、摻量等對自流平砂漿的部分效能的影響上。近期，福建農林大學體育館室內球場採用

PVC地板鋪設，對基層平整度、強度等要求較高，採用傳統水泥砂漿人工找平施工法難以滿足要求，成功採用自流平技術很好地解決了這一難題。

４

地面自流平材料效能評價及施工要點

自流平材料主要從流動效能、凝結時間、抗壓強度、粘結強度等方面進行評價。一般要求其具有較好的流動性，在自重作用下能找平，流動度大約為

240～280mm範圍內；4～8h內達到初凝；早期強度較高，且後期強度不倒退，28d抗壓強度不低於25MPa，粘結強度大於2。8MPa。

在施工過程中，一般可分以下幾步進行

：（1）基層處理：為確保鋪設後的地板有足夠的強度，以承託其上的面層結構，並承受將來使用中的高負荷，基層強度應滿足一定的要求。對基層進行硬度檢測後，需將其上的浮物及其他雜質清理乾淨。若基層嚴重不平，可用水泥砂漿將其補平。（2）基層含水率：自流平施工前，必須保證基層乾燥，含水率<4%（CM法），為此必須進行基層的水分含量檢測，特別是新混凝土、砂漿基層或底樓基層，遇天氣原因或外來水分，應使空氣流通，並及時抹去表面水分，施工場所空氣溼度應保持在20%～75%。（3）在清理後的基層上塗刷2～3次丙烯酸乳液或聚醋酸類介面處理劑，以保證自流平材料漿體與基層的粘結牢固。（4）自流平施工：待底塗已被基層吸收，約底塗施工後2～6h，即可進行自流平施工。按照覆蓋率及施工面積計算材料用量，用手提式電動攪拌機攪拌幾分鐘後依次倒入地面，同時將其輕輕攤開，漿體自流平，接縫及抹痕可自動消失。（5）養護：硬化後，灑水養護3～7天即可正常使用。

2 試驗設計、方法和材料

2．1 粉煤灰摻量對流動度的影響

在不同水泥用量的情況下，粉煤灰摻量對材料的流動性有輕微的影響，如圖

1

。

表

1

粉煤灰摻量對流動度影響（單位：

cm）

當水泥用量較低時（配方組成中佔

20%

）增加粉煤灰摻量，流動度有降低趨勢；中等水泥量時（配方組成佔

25%

）粉煤灰摻量變化對流動度影響不明顯；當水泥用量偏高時（配方組成佔

30%

），增加粉煤灰摻量，材料的流動度有提高的趨勢。但從流平後的表面效果看，新增粉煤灰後的材料表面普遍多孔，平整度很好，但表面細密度不高；尤其在水泥用量較低時，所形成的地坪表面

1d

的抗折強度只有

2

～

3 N

（

ERISON

硬度筆測試，下同），而水泥量高於此用量時，

1d

的表面硬度可達到

4

～

5N

，這可能是由於自流平地坪砂漿多是快乾早強型，粉煤灰在此體系中沒有得到較好的激發，活性沒發揮，只起到了細填料的作用。粉煤灰是細、圓顆粒，一方面對材料的流動性提供正面影響，包括減輕泌水效應，另一方面使內部的氣泡較快地傳到表面，因而表面的氣泡較多、較粗糙、不夠細密。

2．2 粉煤灰摻量對抗折、抗壓強度的影響

此項測試中，我們單獨評估不同水泥用量時，粉煤灰的摻量對不同齡期試塊抗折、抗壓強度的影響。

（1）

較低水泥用量時粉煤灰摻量對材料抗折、抗壓強度的影響，見圖

2和圖3。

粉煤灰的摻量變化對抗折強度影響不明顯，隨著粉煤灰摻量增加，材料的1 d

和

7d

抗折強度相對穩定，只有

28d

抗折強度略有上升；而圖

3

中材料的

1d

、

7d

和

28d

抗壓強度，隨粉煤灰摻量增加也沒有變化，說明粉煤灰對抗壓強度沒有貢獻。

（2）

中等水泥用量（配方組成佔

25%

）時，粉煤灰摻量對材料抗折、抗壓強度的影響，見圖

4

和圖

5

。

粉煤灰的摻量對抗折強度有一定的影響，隨著粉煤灰量的增加，材料的

1

、

7

、

2

8

d

的抗折強度都有一定的提高，但相對於

7d

的抗折強度時，

28d

的抗折強度沒有增加反而有稍微下降，這可能是由於自流平砂漿快乾早強系統，後期的強度沒有增長。而圖

5

中

1

、

7

和

28d

材料抗壓強度隨粉煤灰的摻量增加，有增長的趨勢，而且

7d

和

28d

的增長趨勢較明顯，但從抗折強度的表現看，這部分強度的增長可能是由水泥進一步水化引起增長，而粉煤灰對其作用不太大。

（3）

較高水泥用量

（配方組成佔

30%

）時，粉煤灰摻量對材料抗折、抗壓強度的影響見圖

6

和圖

7

。

粉煤灰摻量對抗折強度有影響，隨著粉煤灰摻量增加，材料的

1d

和

7d

的抗折強度處於一個相對增長的狀態，

28d

抗折強度處於波動狀態，而且大部分時候低於

7d

的抗折強度；而圖

7

中材料的

1d

、

7d

和

28d

的抗壓強度隨粉煤灰摻量增加處於一個穩定的狀態，說明在此條件下粉煤灰對抗壓強度無貢獻。

3

結論

（

1

）粉煤灰中含有大量的玻璃微珠，這些玻璃微珠對於自流平地坪砂漿的流動性有一定的幫助。同時粉煤灰的微粒效應有減水作用，還可以幫助自流平砂漿體系中的增稠材料，使較重的填料顆粒處於懸浮狀態，並可以使漿體內氣泡快速排出，所以粉煤灰有利於自流平材料操作效能的提高。

（

2

）自流平地坪砂漿大多是快乾、早強體系。在這個體系中，膠凝材料要能夠儘快發揮水化早強作用，而粉煤灰的火山灰作用需要較長的時間才能體現，同時自流平多是幹養，這種條件下並不利於粉煤灰的化學作用發揮，粉煤灰對於自流平地坪砂漿最終的強度值幾乎沒有幫助。