國內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的迅猛發展，水泥基自流平砂漿開始進入我國建筑工程應用領域，首都國際機場T3 航站樓大量應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用。現在自流平砂漿已經適用于鋪設各類工業、商業地面、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準耐磨性試驗方法與歐洲標準的對比情況。

1 國內外自流平砂漿標準概況

20 世紀80 年代以來，美國、法國、德國、意大利、瑞典、芬蘭等發達國家，相繼研究開發生產地面用自流平砂漿，并得到了廣泛使用[1]。歐洲是全球干混砂漿的發源地，因此歐洲標準化組織對砂漿類產品標準制定以及方法研究走在全球前列，針對自流平砂漿，歐洲標準化組織制定 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》；隨著我國砂漿行業的發展，國內也參照BS EN 13813：2002 制定了建材行業標準JC/T985-2005《水泥基自流平砂漿》。

歐洲標準化組織圍繞自流平材料制定了一系列產品標準及方法標準，為此類產品的研發提供方法保證，同時也促進了此類產品的發展。目前歐洲此類產品的相關標準見表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》是我國建材行業標準JC/T985-2005 地面用水泥基自流平砂漿的主要參照依據，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，我國建材行業標準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的標準

2 國內外自流平砂漿標準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準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、拉伸粘結強度。不同點在于歐洲產品標準EN 13813：2002 多出一些反映產品特性的物理性能項目，主要有：表面硬度、pH 值、彈性模量、凝結時間。中歐自流平砂漿產品標準部分試驗項目相同，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標準中關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，當產品表面與砂磨輪相對摩擦到規定轉數后，測定產品表面的磨耗量。

2.1.2 試件制備

將試樣倒入耐磨試模內， 無需振動，24h 后脫模，在標準狀態下繼續放置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；

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

4）將粘了砂布后的研磨輪在標準試驗條件下放置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果，精確至10mg。2 個試件的相對誤差不得大于5%，否則應重新試驗。

2.1.5 耐磨性計算按公式（2）：

式中：F—磨耗值，單位為克(g)；

G0—試件磨前質量，單位為克(g)；

G1—試件磨后質量，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準分別為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準耐磨砂，開動耐磨儀，在規定耐磨次數下轉動試驗圓盤，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，在標準狀態下繼續放置27d 后測定。

2.2.1.3 實驗器具

1）B?hme 耐磨儀，見圖1，轉速30r/min。

2）標準耐磨砂，99.3%的Al2O3，粒徑分布見表3。

表3 標準耐磨砂粒徑分布

2.2.1.4 試驗步驟

1)測量試樣密度，長度精確至0.1mm，質量精確至0.1g；

2)測量試樣厚度，在一個面內測量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 的標準耐磨砂，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。每一周期結束后，均將旋轉臺和接觸面清理干凈，然后將試件緩慢旋轉90°角，并撒上新的標準耐磨砂。每一周期結束后，仔細檢查試件表面并記錄試件表面變化情況。

2.2.1.5 結果計算

B?hme 耐磨結果計算見式（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定的載荷下和規定的旋轉周期內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

試樣攪拌后注入規定厚度的耐磨試件框內，成型3 塊500mm×500mm 的試件，無需振動，24h 后脫模，在標準狀態下繼續放置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 內勻速旋轉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，保持耐磨儀在旋轉時儀器的穩定。

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，并標記記錄測量儀三個腳的位置，以便耐磨后重復測量該點深度，

2）使用記號筆標記記號模板上的24 個孔的位置，移除標記盤，在測量儀應測得孔位置附近按順序標記數字1 至8，使得耐磨前后測量數值具有對應關系。

3）在試件表面安裝耐磨儀，固定位置，開動儀器，旋轉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 結果計算

BCA 耐磨計算結果見式（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生正壓力和剪切力雙重作用，從而導致砂漿表面發生變化。

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定厚度的耐磨試件框內，成型3 塊500mm×500mm的試件，無需振動，24h 后脫模，在標準狀態下繼續放置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，用于持續吸收砂漿表面因耐磨產生的塵土。

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的位置，固定裝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10000 個循環（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）循環結束后，再次測量試件表面，一一對應記錄每個點耐磨前后的深度值，結果精確至微米。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，國內外自流平砂漿試驗方法存在較大差異。從長期測試經驗來看，我國建材行業自流平砂漿標準中耐磨性試驗方法存在較大缺陷，不能正確反映產品作為面層時的特性。我國建材行業標準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 種試驗方法養護制度一致，均為標準試驗條件，（23±2）℃，（50±5）%RH。

2）Taber 耐磨法和B?hme 法所用耐磨介質基本相同，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 種試驗方法的結果評價分別通過測試質量差、體積差、深度差來評估。國內試驗方法主要是通過質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 結論

1）我國水泥基自流平砂漿使用產品標準來規范生產，無相關試驗方法標準作為支撐，產品標準較為單一，不能系統反映該類產品的特性。

2）國內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）建議國內建材行業標準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準，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