近年来, 在强度设计合格的工业工程、建筑、路桥等工程中的面层混凝土出现不同程度的起灰、分层空鼓、起砂, 甚至裂化等耐久性不良的现象, 因此提高混凝土的耐磨性能, 开发耐磨混凝土材料迫在眉睫。随着社会的发展, 耐磨混凝土地坪越来越多地应用于工业厂房、展馆、购物中心等场所。通常提高混凝土地面耐磨性的方法有两种, 一种是干撒耐磨表面硬化剂, 另一种是在硬化后的混凝土面层上做聚氨酯或环氧基耐磨层 (耐磨地坪漆) 。相对而言, 第一种方法价格低, 施工简单。表面硬化剂是由非金属或金属耐磨骨料与水泥及其它掺合料和外加剂组成, 与混凝土表面结合为一体的整体施工材料。多用于工厂车间、仓库、大型超市、商场、停车场及车流、人流繁忙的场所。

　　该文本着原材料经济合理、易得、工艺合理出发, 开展了耐磨混凝土开发工作。

　　1 试验1.1 原材料水泥:PO42.5R级水泥, 比表面积为363cm2/g, 3d水化热281kJ/kg, 7d水化热315kJ/kg。

　　硅灰:,SiO2含量高于85%, 比表面积大15 000cm2/g。

　　骨料:普通机制砂, 细度模数为2.7, 产于成都周边;石英砂骨料, 目数约20左右, 产于四川大英县。

　　外加剂:聚羧酸减水剂, 具有减水、分散、抗裂等功能。

　　表面硬化剂:成都某化工公司产的高性能耐磨有机粘结剂。

　　水:自来水。

　　1.2 配合比通过前期试验探索和总结, 以水泥基材料为主体的混凝土耐磨地面主要由骨料、胶凝材料、外加剂等材料混合而成。因此, 研究过程中采用了普通砂与石英砂为骨料, 胶凝材料为PO42.5R的普通硅酸盐水泥与硅灰, 与此同时, 掺入一定量的外加剂混合而成, 组成水泥基耐磨干粉料, 设计配合比见表1。在产品开发过程中, 以及其他产品开发的经验的基础上, 我们发现, 硅灰占胶凝材料的比例为12.5%对水泥基材料的强度有利, 对流动性影响较小, 因此配合比中硅灰占胶凝材料比例为12.5%;外加剂为聚羧酸减水剂, 掺量为胶凝材料的0.6%。

　　表1 耐磨地坪混凝土配合比

　　1.3 试验方法1.3.1 试块成型混凝土试块成型尺寸:150mm×150mm×150mm, 将普通混凝土振实后整平, 去除表面浮浆, 初凝阶段, 在其表面分两次均匀干撒抹压表面硬化剂, 抹平硬化后, 再用小型磨光机进行磨光等工艺。

　　1.3.2 养护先标准养护14d, 然后自然养护14d。

　　1.3.3 耐磨度试验按照GB/T 16925—1997混凝土及其制品耐磨性试验方法 (滚珠轴承法) 进行耐磨度试验检测[8]。试验前, 将成型试块先进行切割, 以保证试块高度在试验机高程范围内。

　　2 结果与讨论2.1 骨料对混凝土耐磨度的影响在150mm×150mm试验面上分别进行试验, 且每种配方用量相同, 均为50g, 与空白组普通混凝土表面 (未加表面硬化剂) 进行对比, 试验数据如图1所示。

　　由图1可以看出, 石英砂骨料的表面硬化剂对混凝土耐磨度有较大的提升, 是因为石英砂骨料耐磨性较普通骨料好, 且掺量在60%时混凝土耐磨度值最大。随着表面硬化剂中骨料掺量的增加, 混凝土耐磨度呈现出先增大, 后减小的变化趋势。在表面硬化剂体系中, 影响耐磨度的因素主要表现为骨料与水泥基胶凝材料的胶结性能以及骨料自身的耐磨性能。在骨料掺量较少的体系中, 胶凝材料较多, 骨料与胶凝材料胶结性能较好, 但硬化后的水泥基胶凝材料易磨损, 导致耐磨度不高;在骨料掺量较多的体系中, 由于胶凝材料较少, 骨料与胶凝材料的胶结性能较差, 在磨损过程中, 骨料未能充分发挥耐磨性而发生脱落, 从而导致易磨损, 耐磨度不高。不同种类的骨料对混凝土耐磨度的影响不同, 在骨料比例等其他条件均相同的情况下, 石英砂作为骨料的水泥基耐磨材料耐磨度普遍大于普通砂作为耐磨骨料的水泥基耐磨材料。石英砂中石英晶体结晶程度较高, 质地坚硬, 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。

　　不同骨料掺量对水泥基材料的耐磨度影响也不同, 无论是普通砂还是石英砂, 骨料比例从20%增加到80%, 耐磨材料的耐磨度先增加后降低;无论是普通砂还是石英砂, 当骨料比例为60%时, 耐磨度最高, 即2.60 (普通砂) 、3.61 (石英砂) 。耐磨材料体系中, 耐磨度受到骨料的耐磨性能、骨料与硬化浆体的界面以及硬化浆体的耐磨性能影响。

　　当石英砂骨料掺量在60%时, 水泥基胶凝材料的胶结性能与骨料自身耐磨性能存在良好的匹配, 因而使用该配方的混凝土的耐磨度较高, 耐磨性较好。因此石英砂骨料掺量在60%时, 其与水泥基胶凝材料的胶结性能和自身耐磨性能都能得到充分发挥, 因而使用该配方的混凝土的耐磨度较高, 耐磨性较好。

　　2.2 表面硬化剂用量对混凝土耐磨度的影响当石英砂作为骨料, 比例为60%时, 耐磨材料耐磨度最高, 因此在此基础上, 调整耐磨材料用量, 研究了不同耐磨材料用量对耐磨混凝土地面的耐磨度的影响。不同的耐磨材料用量对混凝土地面的影响不同, 耐磨材料用量越高, 混凝土地面材料耐磨度越高, 耐磨性能越优异。不同表面硬化剂的混凝土耐磨性能见表2。

　　表2 不同用量表面硬化剂的混凝土耐磨性能

　　由表2可知, 在一定范围内, 随着表面硬化剂用量的增加, 混凝土的耐磨度逐步增大。因为表面硬化剂的用量, 决定了表面耐磨层的厚度, 同时随着用量的增加, 石英砂骨料能与水泥基胶凝材料结合得更为均匀、致密, 形成一层致密的耐磨层, 从而提高耐磨度。但由于用量的过度增加会使提浆、粗抹等施工操作变得困难, 且成本增高, 故适宜的用量, 合适的厚度显得尤为重要。

　　2.3 模拟施工试验经过对水泥耐磨材料的制备研究, 优选配合比, 即石英砂为骨料, 比例为60%, 水泥与硅灰为胶凝材料, 分别占胶凝材料总量的87.5%与12.5%, 外加剂掺量为胶凝材料总量的0.6%。在此基础上, 工艺流程如下:

　　1) 检测平整度:用2m刮尺现场检测, 原则上2m之内高差不超过2mm。

　　2) 去除浮浆:使用加装圆盘的机械镘 (模板边缘使用木镘) 均匀地将混凝土表面的浮浆层破坏掉。

　　3) 撒布材料:浮浆去除后将规定用量的耐磨材料分次 (60%, 40%) 均匀撒布在初凝阶段的混凝土表面。使用铁锨均匀撒料, 并用刮尺刮平。第一次撒布后, 待耐磨材料吸收一定水分后, 进行至少2次加装圆盘的机械镘作业;而后待耐磨材料硬化至一定阶段, 进行第2次材料撒布作业。二次撒料后, 均应用刮尺重新检查平整度。

　　4) 圆盘作业:第2次撒布材料后, 待耐磨材料吸收一定水分, 再进行4次加装圆盘的机械镘作业;机械镘作业纵、横向交错进行。

　　5) 机械镘作业:使用机械镘收光, 检查镘刀并清理干净。根据地台表面的硬化情况, 进行至少3次不加装圆盘的机械镘作业。机械镘作业在距钢模、墙边10cm距离停止, 边角10cm区域用手工镘收光。

　　6) 表面抹光作业:耐磨材料表面的最终修饰是使用手工镘精加工完成。

　　7) 养护:施工完毕后, 用塑胶布盖在硬化地面上, 以防止水分蒸发过快而开裂 (耐磨材料终凝前不可用水来养护, 因水养护会减低硬化地面硬度) 。

　　3 结论a.同等条件下, 随着表面硬化剂中耐磨骨料掺量的增加, 混凝土耐磨度呈现出先增大, 后减小的变化趋势。掺加60%石英砂骨料的表面硬化剂, 对混凝土表面的耐磨性提升效果最佳, 耐磨度最大。

　　b.表面硬化剂的用量, 决定了混凝土表面耐磨层的厚度, 在一定范围内, 随着表面硬化剂用量的增加, 混凝土的耐磨度逐步增大。

　　c.通过研究, 找到了合适的表面硬化剂配方, 且表面硬化剂的使用, 应严格执行施工工艺, 才能保证工程质量。

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