高性能金刚砂地坪的研制
采用525水泥、特种掺合料、氟硅酸锌、十二烷基苯磺酸钠、粉体聚羧酸减水剂、消泡剂、纤维素醚等原材料, 制备出高性能金刚砂地坪。研究特种掺合料、氟硅酸锌、十二烷基苯磺酸钠对材料性能的影响。结果表明, 525水泥34.5%, 特种掺合料5%, 石榴石砂60%, 减水剂0.1%, 消泡剂0.04%, 纤维素醚0.06%, 氟硅酸锌0.2%, 十二烷基苯磺酸0.1%时性价比。其耐磨度比为330, 比空白配方提升了7.1%, 压痕直径为2.5mm, 降低了21.9%, 抗折强度为16.2MPa, 提升了32.8%, 抗压强度为87.5MPa, 提升了5.4%, 黏结强度为3.1MPa, 提升了82.4%。
金刚砂地坪是国内对耐磨硬化地坪的俗称, 外企将其称为“地面硬化剂”。90年代由国外企业引进的新型地面建材产品, 适用于工业场所、码头、停车场、商业卖场、物流仓库等地面装饰需要。具有耐磨抗压, 减少灰尘, 表面坚硬, 容易清洁, 经济耐用等优点。由于金刚砂的厚度一般是3 mm~5 mm, 非常容易脱落, 如果下料的时间没掌握好或金刚砂性能不过硬, 这层厚度被磨损以后, 下面的水泥便开始起灰。另外, 金刚砂耐磨地坪里高活性矿物掺合料大多选用硅灰, 用硅灰后地坪不仅收缩大, 而且吸水量大, 容易导致地坪耐久性出现问题[1-5]。
为解决金刚砂地坪易脱落起灰及耐久性的问题, 本文将掺入若干功能外加剂和特种掺合料来制备一种具备高黏结高活性的高性能金刚砂地坪, 并讨论它们对金刚砂地坪性能的影响。
1 试验原料和方法
1.1 试验原料
(1) 水泥:采用盘固集团的P·O525级水泥。
(2) 骨料:采用山东日照石榴石矿业公司的石榴石耐磨骨料, 莫氏硬度7。
(3) 特种掺合料:自制, 触变指数为8, 需水量比为86%, 活性指数不低于于硅灰, 物理减水效果大约10%, 掺入水泥里面流变性能很好。
(4) 高活性硅质盐:氟硅酸锌, 分析纯, 国药集团。
(5) 化学外加剂:十二烷基苯磺酸钠、粉体聚羧酸减水剂、消泡剂、纤维素醚, 全部工业级, 市售。
1.2 试验方法
按照JC/T906-2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》制备、养护、测试金刚砂地坪产品性能。并加测金刚砂地坪和混凝土之间的拉伸黏结强度, 测试方法按照TGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》测试。
1.3 主要仪器设备
万能试验机:宁波传感器制造厂;水泥砂浆抗折抗压试验机:无锡建仪仪器机械有限公司。读数显微镜:上海谱骞光学仪器有限公司。滚珠轴承式耐磨试验机:天津三思行试验仪器科技有限公司。
1.4基础配方
表1 金刚砂地坪基础配方/wt%
2试验结果和分析
2.1特种掺合料对金刚砂地坪物理力学性能的影响
特种掺合料平均直径约1.8μm (比表面积3300㎡/kg) , 且完全球形, 具有降黏特性、矿物减水特性 (全球状超细颗粒的填充性和“滚珠效应”能显著降低用水量) , 还具有稳定浆体的作用。本文将讨论特种掺合料对金刚砂地坪性能的影响, 其中, 特种掺合料掺量为0的为表1所示基础配方, 同时分别掺加2%、5%和8%完全取代硅灰和部分取代525水泥, 石榴石砂、减水剂、消泡剂、纤维素醚掺量不变, 用525水泥量来调节配方至100%, 结果见表2。
可以看出, 随着特种掺合料添加量增大, 抗折强度、抗压强度、黏结强度都有所增加, 尤其是拉伸黏结强度增加幅度显著。原因是随着特种掺合料含量增加, 产品需水量减少, 孔隙率降低。另外, 由于特种掺合料的滚珠效应, 使得粉料加水后流动性增大, 浆料更易分散均匀, 不易产生结团和气泡, 对抗压抗折强度增长有利, 尤其对拉伸黏结强度增加有利, 从1.7 MPa增加到2.7 MPa。至于耐磨度比和压痕直径, 增加幅度不明显, 增加的原因可能是由于材料硬化后变得更致密所导致。从表2还可以看出, 特种掺合料用量确定为5%比较合适。此时配方为525水泥34.8%, 特种掺合料5%, 石榴石砂60%, 减水剂0.1%, 消泡剂0.04%, 纤维素醚0.06%。
特种掺合料对金刚砂地坪性能的影响
2.2 氟硅酸锌对金刚砂地坪物理力学性能的影响
氟硅酸锌可用作水泥混凝土快速增强剂。实际工程中, 由于金刚砂地坪是在混凝土初凝后再撒上去的, 混凝土表面水分不多, 而水的蒸发是时刻都在进行中, 因此需要金刚砂地坪尽快产生强度, 不然会因为水分蒸发得不到足够的水进行水化反应而产生起灰起砂甚至空鼓现象。本文将讨论氟硅酸锌对金刚砂地坪性能的影响, 其中, 氟硅酸锌掺量为0的为2.1节确定的配方, 同时分别掺加0.2%、0.4%和0.6%取代部分525水泥, 特种掺合料、石榴石砂、减水剂、消泡剂、纤维素醚掺量不变, 用525水泥量来调节配方至100%, 结果见表3。
表3 氟硅酸锌对金刚砂地坪性能的影响
氟硅酸锌对金刚砂地坪性能的影响
可以看出, 氟硅酸锌对耐磨度比、压痕直径、黏结强度等性能的提升比较明显, 对抗压抗折强度的提升效果一般。原因可能是氟硅酸锌在碱性环境中产生的二氧化硅和水泥里面的氢氧化钙反应增强了金刚砂地坪的密实性, 消耗掉了金刚砂地坪表面浮浆里的氢氧化钙并大大降低了金刚砂地坪和混凝土界面处的氢氧化钙定向聚集效应, 增强了金刚砂地坪表面密实性及和混凝土接触界面处的密实性、黏结性。从表3还可以看出, 氟硅酸锌的掺量为胶凝材料的0.2%比较合适。此时配方为525水泥34.6%, 特种掺合料5%, 石榴石砂60%, 减水剂0.1%, 消泡剂0.04%, 纤维素醚0.06%, 氟硅酸锌0.2%。
2.3 十二烷基苯磺酸钠对金刚砂地坪物理力学性能的影响
十二烷基苯磺酸钠主要用作阴离子型表面活性剂, 加在水泥里面可增加水泥浆体渗透性。金刚砂地坪和混凝土界面处的黏结非常重要, 黏结不牢很容易引起空鼓现象, 如果有一部分金刚砂地坪浆液渗入混凝土里, 将会大大改善界面黏结效果。本文将讨论十二烷基苯磺酸钠对金刚砂地坪性能的影响, 其中, 十二烷基苯磺酸钠掺量为0的为2.2节确定的配方, 同时分别掺加0.1%、0.2%和0.3%取代部分525水泥, 特种掺合料、石榴石砂、减水剂、消泡剂、纤维素醚、氟硅酸锌掺量不变, 用525水泥量来调节配方至100%, 结果见表4。
表4 十二烷基苯磺酸钠对金刚砂地坪性能的影响
表4 十二烷基苯磺酸钠对金刚砂地坪性能的影响
从表4可以看出, 掺加十二烷基苯磺酸钠后, 除黏结强度有所增加外, 其余各项性能在掺量超过0.1%后都有不同程度的下降, 掺量为0.1%基本不变。原因可能是十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂具有一定的引气能力, 而配方里消泡剂掺量为0.04%, 掺量较小, 不足以抵消掺加十二烷基苯磺酸钠后带来的引气作用, 使金刚砂地坪里的含气量增加, 反而降低了其他性能。综上所述, 十二烷基苯磺酸钠的合理掺量为胶凝材料总量0.1%。
最终配方为525水泥34.5%, 特种掺合料5%, 石榴石砂60%, 减水剂0.1%, 消泡剂0.04%, 纤维素醚0.06%, 氟硅酸锌0.2%, 十二烷基苯磺酸0.1%。金刚砂地坪配方调整后的性能为耐磨度比330, 比空白配方提升了7.1%, 压痕直径2.5, 降低了21.9% (性能提升, 压痕直径越小越好) , 抗折强度16.2MPa, 提升了32.8%, 抗压强度87.5MPa, 提升了5.4%, 黏结强度3.1MPa, 提升了82.4%。
3 结语
随着特种掺合料用量的增加, 金刚砂地坪所需水灰比逐渐降低, 浆体硬化后抗压抗折强度及耐磨度比随之增大, 尤其是拉伸黏结强度增加很明显, 另外就是压痕直径降低比较明显, 但掺量超过5%以后性能提升有限, 综合分析可得出, 特种掺合料用量为5%比较合适。
氟硅酸锌主要对耐磨度比、压痕直径性能提升效果比较明显, 对黏结强度的提升效果次之, 对抗压抗折强度提升效果不怎么明显, 用量为占胶凝材料总量0.2%比较合适。
十二烷基苯磺酸钠是一种很好的表面活性剂, 掺入金刚砂地坪中对黏结强度的提升较为明显, 但因为其固有的引气特性, 掺加量不宜过大, 掺量为占胶凝材料总量0.1%, 既经济性能提升也较好。因此, 高性能金刚砂地坪材料组成为525水泥34.5%, 特种掺合料5%, 石榴石砂60%, 减水剂0.1%, 消泡剂0.04%, 纤维素醚0.06%, 氟硅酸锌0.2%, 十二烷基苯磺酸0.1%时比较合适。