國內(nèi)外水泥基自流平砂漿耐磨性試驗方法對比

張丹武 喬亞玲 楊文頤(中國建筑材料檢驗認證中心，北京100024)

水泥基自流平砂漿是指由水泥基膠凝材料、細骨料、填料及添加劑等組成的粉狀材料，經(jīng)與水或乳液混合攪拌后形成具有一定流動性地面找平用砂漿。進入21 世紀以來，隨著我國干混砂漿行業(yè)的迅猛發(fā)展，水泥基自流平砂漿開始進入我國建筑工程應(yīng)用領(lǐng)域，首都國際機場T3 航站樓大量應(yīng)用水泥基自流平砂漿，極大的推進了自流平砂漿在各類工程的應(yīng)用。現(xiàn)在自流平砂漿已經(jīng)適用于鋪設(shè)各類工業(yè)、商業(yè)地面、新建或舊項目改造工程，以及用于地面找平。作為面層材料，水泥基自流平砂漿表面細膩，呈灰色，有樸實自然的裝飾效果。但是作為面層材料，其耐磨性尤為重要，本文介紹我國自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)耐磨性試驗方法與歐洲標(biāo)準(zhǔn)的對比情況。

1 國內(nèi)外自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)概況

20 世紀80 年代以來，美國、法國、德國、意大利、瑞典、芬蘭等發(fā)達國家，相繼研究開發(fā)生產(chǎn)地面用自流平砂漿，并得到了廣泛使用[1]。歐洲是全球干混砂漿的發(fā)源地，因此歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織對砂漿類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定以及方法研究走在全球前列，針對自流平砂漿，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織制定 了BS EN 13813：2002Screed material and floor screeds. Screed material. Properties and requirements《找平材料與地面找平層 找平材料的性能及要求》；隨著我國砂漿行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)也參照BS EN 13813：2002 制定了建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T985-2005《水泥基自流平砂漿》。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織圍繞自流平材料制定了一系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及方法標(biāo)準(zhǔn)，為此類產(chǎn)品的研發(fā)提供方法保證，同時也促進了此類產(chǎn)品的發(fā)展。目前歐洲此類產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

BS EN 13813：2002 Screed material and floor screeds. Screed material. Properties and requirements《找平材料與地面找平層 找平材料的性能及要求》是我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T985-2005 地面用水泥基自流平砂漿的主要參照依據(jù)，BS EN 13813：2002 對水泥基自流平材料的物理性能試驗項目見表2。

對比BS EN 13813：2002，我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T985-2005《水泥基自流平砂漿》物理性能試驗項目有不同要求。

對流動度，用戶若有特殊要求由供需雙方協(xié)商解決；耐磨性適用于有耐磨要求的地面；必測項目包括：拉伸粘結(jié)強度、尺寸變化率、抗沖擊性、24h 抗壓強度、24h 抗折強度、28d 抗壓強度、28d 抗折強度。

表1 歐洲與水泥自流平砂漿相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)

2 國內(nèi)外自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)耐磨性試驗方法概述

從表2 和表3 可以看出，中歐自流平水泥砂漿標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的共同的物理性能項目為：流動度、耐磨、抗折強度、抗壓強度、尺寸變化率、抗沖擊、拉伸粘結(jié)強度。不同點在于歐洲產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)EN 13813：2002 多出一些反映產(chǎn)品特性的物理性能項目，主要有：表面硬度、pH 值、彈性模量、凝結(jié)時間。中歐自流平砂漿產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)部分試驗項目相同，但耐磨性、抗沖擊試驗方法差異較大，下面將分別介紹兩個地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于耐磨試驗方法的概述。

表2 BS EN 13813：2002 物理性能試驗項目

2.1 JC/T985-2005 中耐磨性試驗方法(Taber耐磨法)[2]

2.1.1 原理

儀器采用Taber 耐磨儀，當(dāng)產(chǎn)品表面與砂磨輪相對摩擦到規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)后，測定產(chǎn)品表面的磨耗量。

2.1.2 試件制備

將試樣倒入耐磨試模內(nèi)， 無需振動，24h 后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下繼續(xù)放置27d 后測定。

2.1.3 研磨輪的制作

1）將棕剛玉P60 干磨砂布裁成與橡膠輪厚度的規(guī)格；

2）用聚醋酸乙烯乳液將裁好的砂布粘在橡膠輪上，防止膠液污染砂粒，如果是自粘型砂布則直接粘結(jié)；

3）保證砂布接頭處應(yīng)既不重疊又不離縫，每條砂布只能用1 次，試件調(diào)換時必須更換；

4）將粘了砂布后的研磨輪在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下放置24h 以上備用。

2.1.4 試驗步驟

1）將試件表面用脫脂紗布擦凈并稱量，精確至10mg。

2）將試件接觸空氣成型的一面向上安裝在磨耗試驗機上，并將研磨輪安裝在支架上，在每個砂磨輪上加砝碼500g條件下磨耗100r，取下試件，除去表面附灰并稱重。

3）每個試件測試1 次，取2 個試件的平均值為試驗結(jié)果，精確至10mg。2 個試件的相對誤差不得大于5%，否則應(yīng)重新試驗。

2.1.5 耐磨性計算按公式（2）：

式中：F—磨耗值，單位為克(g)；

G0—試件磨前質(zhì)量，單位為克(g)；

G1—試件磨后質(zhì)量，單位為克(g)；

2.2 EN 13813：2002 耐磨性試驗方法

EN 13813：2002 耐磨性試驗方法主要包括3 種試驗方法，分別為B?hme 法耐磨、BCA 法耐磨、滾輪法耐磨。B?hme 法耐磨、BCA 法耐磨、滾輪法耐磨試驗方法標(biāo)準(zhǔn)分別為EN13892-3、EN13892-4 和EN13892-5。

2.2.1 EN13892-3 地面砂漿及找平層測試方法 耐磨性的測定（B?hme 法）[3]

2.2.1.1 原理

將試樣放置在B?hme 耐磨儀上，在測試軌道上撒上標(biāo)準(zhǔn)耐磨砂，開動耐磨儀，在規(guī)定耐磨次數(shù)下轉(zhuǎn)動試驗圓盤，試件在294N 的作用力下進行耐磨性試驗。

圖1 B?hme 耐磨儀

2.2.1.2 試件制備

將試樣倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm 的立方體模具中，一次成型3 塊，無需振動。24h后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下繼續(xù)放置27d 后測定。

2.2.1.3 實驗器具

1）B?hme 耐磨儀，見圖1，轉(zhuǎn)速30r/min。

2）標(biāo)準(zhǔn)耐磨砂，99.3%的Al2O3，粒徑分布見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)耐磨砂粒徑分布

2.2.1.4 試驗步驟

1)測量試樣密度，長度精確至0.1mm，質(zhì)量精確至0.1g；

2)測量試樣厚度，在一個面內(nèi)測量9 個點，每一點的厚度精確至0.01mm；

3)在耐磨軌道上均勻的撒上20g 的標(biāo)準(zhǔn)耐磨砂，將試件固定在B?hme 耐磨儀上，使試件測試面朝向耐磨軌道，同時保證試件均勻承受的荷載為294N；

4)開動耐磨儀，每22 圈為一個周期，共磨16 個周期。每一周期結(jié)束后，均將旋轉(zhuǎn)臺和接觸面清理干凈，然后將試件緩慢旋轉(zhuǎn)90°角，并撒上新的標(biāo)準(zhǔn)耐磨砂。每一周期結(jié)束后，仔細檢查試件表面并記錄試件表面變化情況。

2.2.1.5 結(jié)果計算

B?hme 耐磨結(jié)果計算見式（1）：

式中：

A—B?hme 耐磨，單位為立方厘米每50 平方厘米（cm3/50cm2）；

ΔV—試件體積變化，單位為立方厘米（cm3）；

Δm—試件質(zhì)量變化，單位為克（g）；

ρR—試件密度，單位為克每立方厘米（g/cm3）；

Δl—試件厚度變化，單位為毫米（mm）。

2.2.2 EN13892-4 地面砂漿及找平層測試方法 耐磨性的測定（BCA 法）[4]

2.2.2.1 原理

BCA 耐磨法是通過具有3 個鋼制滾輪的耐磨儀在規(guī)定的載荷下和規(guī)定的旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)沿著砂漿表面做圓周運動進行磨耗，然后通過測量滾輪磨耗深度來評價砂漿的耐磨性。

2.2.2.2 試件制備

試樣攪拌后注入規(guī)定厚度的耐磨試件框內(nèi)，成型3 塊500mm×500mm 的試件，無需振動，24h 后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下繼續(xù)放置27d 后測定。

2.2.2.3 試驗器具

1）BCA 耐磨儀，見圖2，耐磨部分由3個間隔距離相等的鋼制滾輪組成，滾輪直徑為76mm，輪寬為20mm，滾輪在水平表面內(nèi)沿著直徑為225mm 的圓做圓周運動；滾輪通過電器元件控制運動，保證在180min 內(nèi)勻速旋轉(zhuǎn)2850圈。

2）金屬圓盤，重量65kg，確保配重平均分布在鋼制滾輪上。

3）金屬支架，支撐耐磨儀，保持耐磨儀在旋轉(zhuǎn)時儀器的穩(wěn)定。

4）記號模板，用于記錄測量儀的位置以及固定支架的位置點，記號模板的孔等距離分布在以鋼輪軌道圓心為原點半徑為465mm的圓周位置。將模板按圓周分為八等分，每間隔45°與滾輪耐磨軌跡的半徑上有一個孔，共8 個孔，確保測量儀測量時測量端準(zhǔn)確落在滾輪軌跡的中心線上。

5）測量儀，精確至0.01mm，測量儀測量腳之間的距離確保儀器能夠跨在耐磨軌道上，測量儀測量頭能夠完全接觸測量面。

6）金屬墊塊，厚度為1.5mm～2.0mm，放在測量儀端部滑塊初始位置，隨后讀數(shù)測量。

圖2 BCA 耐磨儀、滾輪軌跡和記號模板

2.2.2.4 試驗步驟

1）將測量儀放在水平的記號模板上，并標(biāo)記記錄測量儀三個腳的位置，以便耐磨后重復(fù)測量該點深度，

2）使用記號筆標(biāo)記記號模板上的24 個孔的位置，移除標(biāo)記盤，在測量儀應(yīng)測得孔位置附近按順序標(biāo)記數(shù)字1 至8，使得耐磨前后測量數(shù)值具有對應(yīng)關(guān)系。

3）在試件表面安裝耐磨儀，固定位置，開動儀器，旋轉(zhuǎn)2850 圈后，用刷子或吸塵器除去表面灰塵，然后測量耐磨后試件表面尺寸。

2.2.2.5 結(jié)果計算

BCA 耐磨計算結(jié)果見式（2）：

式中：

AR—BCA 法耐磨深度，單位為微米（μm）；

dw—測試完成后八個點耐磨深度的平均值，單位為微米（μm）；

d0—測試前八個點耐磨深度的平均值，單位為微米（μm）。

2.2.3 EN13892-5 地面砂漿及找平層測試方法 滾輪法5

2.2.3.1 原理

在自流平砂漿表面互相垂直的兩個方向以不同頻率施加滾輪重載荷，由于滾輪運動在砂漿表面產(chǎn)生正壓力和剪切力雙重作用，從而導(dǎo)致砂漿表面發(fā)生變化。

2.2.3.2 試件制備

試樣攪拌后注入以混凝土板為基材的規(guī)定厚度的耐磨試件框內(nèi)，成型3 塊500mm×500mm的試件，無需振動，24h 后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下繼續(xù)放置27d 后測定。

2.2.3.3 試驗器具

1）耐磨儀，見圖3，由支撐臺和滾輪組成，支撐臺水平放置，長度為800mm，寬度為700mm，支撐臺支撐樣品并在橫向和縱向方向以不同頻率運動，橫向以7.0 周/min 的頻率運動390mm，縱向以1.72 周/min 的頻率運動260mm，橫縱向頻率比值為4.07 以確保滾輪不重復(fù)在同一路徑運動。滾輪直徑125mm，寬度40mm，由韋氏硬度不小于735HV 的16NiCrS4組成，輪心和支撐軸之間的距離為45mm，滾輪施加2000N 作用力。

2）真空泵，用于持續(xù)吸收砂漿表面因耐磨產(chǎn)生的塵土。

3）耐磨深度測量儀固定裝置，用于固定耐磨深度測量儀。

4）耐磨深度測量儀，精確至0.01mm。

圖3 滾輪耐磨儀

2.2.3.4 試驗步驟

1）先將耐磨深度測量儀固定裝置放在試件表面，記下測量儀固定裝置腳釘?shù)奈恢茫潭ㄑb置至試樣表面的每一個深度值通過耐磨深度測量儀測量，并記錄。

2）將試樣固定在所進行耐磨測試的區(qū)域中間，打開儀器以及真空吸塵泵，將滾輪慢慢下降至試樣表面，整個測試周期持續(xù)10000 個循環(huán)（約24h），如有必要，可進行間歇式試驗。試件表面嚴重破壞或磨至基材，可立即停止試驗。

3）循環(huán)結(jié)束后，再次測量試件表面，一一對應(yīng)記錄每個點耐磨前后的深度值，結(jié)果精確至微米。耐磨性按照式（3）計算：

式中：

RWA—表面積為1100cm2的自流平砂漿滾輪耐磨體積，單位為立方厘米（cm3）；

d—耐磨深度，單位為微米（μm）。

3 國內(nèi)外水泥基自流平砂漿耐磨性試驗方法對比

通過第2 部分試驗方法概述，國內(nèi)外自流平砂漿試驗方法存在較大差異。從長期測試經(jīng)驗來看，我國建材行業(yè)自流平砂漿標(biāo)準(zhǔn)中耐磨性試驗方法存在較大缺陷，不能正確反映產(chǎn)品作為面層時的特性。我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)耐磨性試驗方法主要來源于漆膜耐磨性，漆膜為有機涂層，其耐磨機理與無機材料的耐磨機理完全不同，另外自流平砂漿作為一種地面材料，其承受載荷與漆膜在實際應(yīng)用時存在很大差異。幾種試驗方法對比情況見表4。

表4 國內(nèi)外水泥基自流平砂漿耐磨性試驗方法對比

從表4 的對比看出，由以下異同點：

1）4 種試驗方法養(yǎng)護制度一致，均為標(biāo)準(zhǔn)試驗條件，（23±2）℃，（50±5）%RH。

2）Taber 耐磨法和B?hme 法所用耐磨介質(zhì)基本相同，BCA 法、滾輪法均采用滾輪在試樣表面滾動測試耐磨性。

3）Taber 耐磨法和B?hme 法以及BCA 法中試驗運動臺作圓周運動測試耐磨性，而滾輪法是通過兩個方向的線性運動測試耐磨性。

4）Taber 耐磨法和B?hme 法耐磨性試驗載荷較小，主要通過介質(zhì)摩擦試樣表面來達到測試耐磨性的目的。BCA 法、滾輪法主要通過重載荷模擬實際使用狀況來達到測試耐磨性的目的。

5）Taber 耐磨法試驗周期較短，通常在10 分鐘內(nèi)即可完成整個試驗，Taber 耐磨法和B?hme 法以及BCA 法試驗周期較長，試驗過程不僅存在通過摩擦試樣評價耐磨的過程，也包含對材料進行耐疲勞試驗的過程。

6）4 種試驗方法的結(jié)果評價分別通過測試質(zhì)量差、體積差、深度差來評估。國內(nèi)試驗方法主要是通過質(zhì)量變化來進行耐磨性評價，國外試驗方法通過樣品表面尺寸變化來進行耐磨性評價。

4 結(jié)論

1）我國水泥基自流平砂漿使用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范生產(chǎn)，無相關(guān)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)較為單一，不能系統(tǒng)反映該類產(chǎn)品的特性。

2）國內(nèi)耐磨性試驗方法采用漆膜Taber 耐磨法，使用該法測試地面材料有較大局限性。

3）國外耐磨性試驗方法采用B?hme 法、BCA 法、滾輪法，不僅通過摩擦材料表面評價耐磨性，還通過疲勞試驗評價材料耐磨性。

4）建議國內(nèi)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂時修改耐磨性試驗方法，以便更有效地反映自流平地面材料的特性。

[1]楊斌，地面用水泥基自流平砂漿及其標(biāo)準(zhǔn)，新型建筑材料，2006 年02 期

[2]JC/T985-2005 地面用水泥基自流平砂漿

[3]EN13892-3:2002 Methods of test for screed materials.Determination of wear resistance-Bohme

[4]EN13892-4:2002 Methods of test for screed materials.Determination of wear resistance-BCA

5 EN13892-5:2002 Methods of test for screed materials.Determination of wear resistance to rolling wheel of screed material for wearing layer