国内外水泥基自流平砂浆耐磨性试验方法对比

张丹武 乔亚玲 杨文颐(中国建筑材料检验认证中心，北京100024)

水泥基自流平砂浆是指由水泥基胶凝材料、细骨料、填料及添加剂等组成的粉状材料，经与水或乳液混合搅拌后形成具有一定流动性地面找平用砂浆。进入21 世纪以来，随着我国干混砂浆行业的迅猛发展，水泥基自流平砂浆开始进入我国建筑工程应用领域，首都国际机场T3 航站楼大量应用水泥基自流平砂浆，极大的推进了自流平砂浆在各类工程的应用。现在自流平砂浆已经适用于铺设各类工业、商业地面、新建或旧项目改造工程，以及用于地面找平。作为面层材料，水泥基自流平砂浆表面细腻，呈灰色，有朴实自然的装饰效果。但是作为面层材料，其耐磨性尤为重要，本文介绍我国自流平砂浆标准耐磨性试验方法与欧洲标准的对比情况。

1 国内外自流平砂浆标准概况

20 世纪80 年代以来，美国、法国、德国、意大利、瑞典、芬兰等发达国家，相继研究开发生产地面用自流平砂浆，并得到了广泛使用[1]。欧洲是全球干混砂浆的发源地，因此欧洲标准化组织对砂浆类产品标准制定以及方法研究走在全球前列，针对自流平砂浆，欧洲标准化组织制定 了BS EN 13813：2002Screed material and floor screeds. Screed material. Properties and requirements《找平材料与地面找平层 找平材料的性能及要求》；随着我国砂浆行业的发展，国内也参照BS EN 13813：2002 制定了建材行业标准JC/T985-2005《水泥基自流平砂浆》。

欧洲标准化组织围绕自流平材料制定了一系列产品标准及方法标准，为此类产品的研发提供方法保证，同时也促进了此类产品的发展。目前欧洲此类产品的相关标准见表1。

BS EN 13813：2002 Screed material and floor screeds. Screed material. Properties and requirements《找平材料与地面找平层 找平材料的性能及要求》是我国建材行业标准JC/T985-2005 地面用水泥基自流平砂浆的主要参照依据，BS EN 13813：2002 对水泥基自流平材料的物理性能试验项目见表2。

对比BS EN 13813：2002，我国建材行业标准JC/T985-2005《水泥基自流平砂浆》物理性能试验项目有不同要求。

对流动度，用户若有特殊要求由供需双方协商解决；耐磨性适用于有耐磨要求的地面；必测项目包括：拉伸粘结强度、尺寸变化率、抗冲击性、24h 抗压强度、24h 抗折强度、28d 抗压强度、28d 抗折强度。

表1 欧洲与水泥自流平砂浆相关的标准

2 国内外自流平砂浆标准耐磨性试验方法概述

从表2 和表3 可以看出，中欧自流平水泥砂浆标准中所涉及的共同的物理性能项目为：流动度、耐磨、抗折强度、抗压强度、尺寸变化率、抗冲击、拉伸粘结强度。不同点在于欧洲产品标准EN 13813：2002 多出一些反映产品特性的物理性能项目，主要有：表面硬度、pH 值、弹性模量、凝结时间。中欧自流平砂浆产品标准部分试验项目相同，但耐磨性、抗冲击试验方法差异较大，下面将分别介绍两个地区标准中关于耐磨试验方法的概述。

表2 BS EN 13813：2002 物理性能试验项目

2.1 JC/T985-2005 中耐磨性试验方法(Taber耐磨法)[2]

2.1.1 原理

仪器采用Taber 耐磨仪，当产品表面与砂磨轮相对摩擦到规定转数后，测定产品表面的磨耗量。

2.1.2 试件制备

将试样倒入耐磨试模内， 无需振动，24h 后脱模，在标准状态下继续放置27d 后测定。

2.1.3 研磨轮的制作

1）将棕刚玉P60 干磨砂布裁成与橡胶轮厚度的规格；

2）用聚醋酸乙烯乳液将裁好的砂布粘在橡胶轮上，防止胶液污染砂粒，如果是自粘型砂布则直接粘结；

3）保证砂布接头处应既不重叠又不离缝，每条砂布只能用1 次，试件调换时必须更换；

4）将粘了砂布后的研磨轮在标准试验条件下放置24h 以上备用。

2.1.4 试验步骤

1）将试件表面用脱脂纱布擦净并称量，精确至10mg。

2）将试件接触空气成型的一面向上安装在磨耗试验机上，并将研磨轮安装在支架上，在每个砂磨轮上加砝码500g条件下磨耗100r，取下试件，除去表面附灰并称重。

3）每个试件测试1 次，取2 个试件的平均值为试验结果，精确至10mg。2 个试件的相对误差不得大于5%，否则应重新试验。

2.1.5 耐磨性计算按公式（2）：

式中：F—磨耗值，单位为克(g)；

G0—试件磨前质量，单位为克(g)；

G1—试件磨后质量，单位为克(g)；

2.2 EN 13813：2002 耐磨性试验方法

EN 13813：2002 耐磨性试验方法主要包括3 种试验方法，分别为BÖhme 法耐磨、BCA 法耐磨、滚轮法耐磨。BÖhme 法耐磨、BCA 法耐磨、滚轮法耐磨试验方法标准分别为EN13892-3、EN13892-4 和EN13892-5。

2.2.1 EN13892-3 地面砂浆及找平层测试方法 耐磨性的测定（BÖhme 法）[3]

2.2.1.1 原理

将试样放置在BÖhme 耐磨仪上，在测试轨道上撒上标准耐磨砂，开动耐磨仪，在规定耐磨次数下转动试验圆盘，试件在294N 的作用力下进行耐磨性试验。

图1 BÖhme 耐磨仪

2.2.1.2 试件制备

将试样倒入70.7mm×70.7mm×70.7mm 的立方体模具中，一次成型3 块，无需振动。24h后脱模，在标准状态下继续放置27d 后测定。

2.2.1.3 实验器具

1）BÖhme 耐磨仪，见图1，转速30r/min。

2）标准耐磨砂，99.3%的Al2O3，粒径分布见表3。

表3 标准耐磨砂粒径分布

2.2.1.4 试验步骤

1)测量试样密度，长度精确至0.1mm，质量精确至0.1g；

2)测量试样厚度，在一个面内测量9 个点，每一点的厚度精确至0.01mm；

3)在耐磨轨道上均匀的撒上20g 的标准耐磨砂，将试件固定在BÖhme 耐磨仪上，使试件测试面朝向耐磨轨道，同时保证试件均匀承受的荷载为294N；

4)开动耐磨仪，每22 圈为一个周期，共磨16 个周期。每一周期结束后，均将旋转台和接触面清理干净，然后将试件缓慢旋转90°角，并撒上新的标准耐磨砂。每一周期结束后，仔细检查试件表面并记录试件表面变化情况。

2.2.1.5 结果计算

BÖhme 耐磨结果计算见式（1）：

式中：

A—BÖhme 耐磨，单位为立方厘米每50 平方厘米（cm3/50cm2）；

ΔV—试件体积变化，单位为立方厘米（cm3）；

Δm—试件质量变化，单位为克（g）；

ρR—试件密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）；

Δl—试件厚度变化，单位为毫米（mm）。

2.2.2 EN13892-4 地面砂浆及找平层测试方法 耐磨性的测定（BCA 法）[4]

2.2.2.1 原理

BCA 耐磨法是通过具有3 个钢制滚轮的耐磨仪在规定的载荷下和规定的旋转周期内沿着砂浆表面做圆周运动进行磨耗，然后通过测量滚轮磨耗深度来评价砂浆的耐磨性。

2.2.2.2 试件制备

试样搅拌后注入规定厚度的耐磨试件框内，成型3 块500mm×500mm 的试件，无需振动，24h 后脱模，在标准状态下继续放置27d 后测定。

2.2.2.3 试验器具

1）BCA 耐磨仪，见图2，耐磨部分由3个间隔距离相等的钢制滚轮组成，滚轮直径为76mm，轮宽为20mm，滚轮在水平表面内沿着直径为225mm 的圆做圆周运动；滚轮通过电器元件控制运动，保证在180min 内匀速旋转2850圈。

2）金属圆盘，重量65kg，确保配重平均分布在钢制滚轮上。

3）金属支架，支撑耐磨仪，保持耐磨仪在旋转时仪器的稳定。

4）记号模板，用于记录测量仪的位置以及固定支架的位置点，记号模板的孔等距离分布在以钢轮轨道圆心为原点半径为465mm的圆周位置。将模板按圆周分为八等分，每间隔45°与滚轮耐磨轨迹的半径上有一个孔，共8 个孔，确保测量仪测量时测量端准确落在滚轮轨迹的中心线上。

5）测量仪，精确至0.01mm，测量仪测量脚之间的距离确保仪器能够跨在耐磨轨道上，测量仪测量头能够完全接触测量面。

6）金属垫块，厚度为1.5mm～2.0mm，放在测量仪端部滑块初始位置，随后读数测量。

图2 BCA 耐磨仪、滚轮轨迹和记号模板

2.2.2.4 试验步骤

1）将测量仪放在水平的记号模板上，并标记记录测量仪三个脚的位置，以便耐磨后重复测量该点深度，

2）使用记号笔标记记号模板上的24 个孔的位置，移除标记盘，在测量仪应测得孔位置附近按顺序标记数字1 至8，使得耐磨前后测量数值具有对应关系。

3）在试件表面安装耐磨仪，固定位置，开动仪器，旋转2850 圈后，用刷子或吸尘器除去表面灰尘，然后测量耐磨后试件表面尺寸。

2.2.2.5 结果计算

BCA 耐磨计算结果见式（2）：

式中：

AR—BCA 法耐磨深度，单位为微米（μm）；

dw—测试完成后八个点耐磨深度的平均值，单位为微米（μm）；

d0—测试前八个点耐磨深度的平均值，单位为微米（μm）。

2.2.3 EN13892-5 地面砂浆及找平层测试方法 滚轮法5

2.2.3.1 原理

在自流平砂浆表面互相垂直的两个方向以不同频率施加滚轮重载荷，由于滚轮运动在砂浆表面产生正压力和剪切力双重作用，从而导致砂浆表面发生变化。

2.2.3.2 试件制备

试样搅拌后注入以混凝土板为基材的规定厚度的耐磨试件框内，成型3 块500mm×500mm的试件，无需振动，24h 后脱模，在标准状态下继续放置27d 后测定。

2.2.3.3 试验器具

1）耐磨仪，见图3，由支撑台和滚轮组成，支撑台水平放置，长度为800mm，宽度为700mm，支撑台支撑样品并在横向和纵向方向以不同频率运动，横向以7.0 周/min 的频率运动390mm，纵向以1.72 周/min 的频率运动260mm，横纵向频率比值为4.07 以确保滚轮不重复在同一路径运动。滚轮直径125mm，宽度40mm，由韦氏硬度不小于735HV 的16NiCrS4组成，轮心和支撑轴之间的距离为45mm，滚轮施加2000N 作用力。

2）真空泵，用于持续吸收砂浆表面因耐磨产生的尘土。

3）耐磨深度测量仪固定装置，用于固定耐磨深度测量仪。

4）耐磨深度测量仪，精确至0.01mm。

图3 滚轮耐磨仪

2.2.3.4 试验步骤

1）先将耐磨深度测量仪固定装置放在试件表面，记下测量仪固定装置脚钉的位置，固定装置至试样表面的每一个深度值通过耐磨深度测量仪测量，并记录。

2）将试样固定在所进行耐磨测试的区域中间，打开仪器以及真空吸尘泵，将滚轮慢慢下降至试样表面，整个测试周期持续10000 个循环（约24h），如有必要，可进行间歇式试验。试件表面严重破坏或磨至基材，可立即停止试验。

3）循环结束后，再次测量试件表面，一一对应记录每个点耐磨前后的深度值，结果精确至微米。耐磨性按照式（3）计算：

式中：

RWA—表面积为1100cm2的自流平砂浆滚轮耐磨体积，单位为立方厘米（cm3）；

d—耐磨深度，单位为微米（μm）。

3 国内外水泥基自流平砂浆耐磨性试验方法对比

通过第2 部分试验方法概述，国内外自流平砂浆试验方法存在较大差异。从长期测试经验来看，我国建材行业自流平砂浆标准中耐磨性试验方法存在较大缺陷，不能正确反映产品作为面层时的特性。我国建材行业标准耐磨性试验方法主要来源于漆膜耐磨性，漆膜为有机涂层，其耐磨机理与无机材料的耐磨机理完全不同，另外自流平砂浆作为一种地面材料，其承受载荷与漆膜在实际应用时存在很大差异。几种试验方法对比情况见表4。

表4 国内外水泥基自流平砂浆耐磨性试验方法对比

从表4 的对比看出，由以下异同点：

1）4 种试验方法养护制度一致，均为标准试验条件，（23±2）℃，（50±5）%RH。

2）Taber 耐磨法和BÖhme 法所用耐磨介质基本相同，BCA 法、滚轮法均采用滚轮在试样表面滚动测试耐磨性。

3）Taber 耐磨法和BÖhme 法以及BCA 法中试验运动台作圆周运动测试耐磨性，而滚轮法是通过两个方向的线性运动测试耐磨性。

4）Taber 耐磨法和BÖhme 法耐磨性试验载荷较小，主要通过介质摩擦试样表面来达到测试耐磨性的目的。BCA 法、滚轮法主要通过重载荷模拟实际使用状况来达到测试耐磨性的目的。

5）Taber 耐磨法试验周期较短，通常在10 分钟内即可完成整个试验，Taber 耐磨法和BÖhme 法以及BCA 法试验周期较长，试验过程不仅存在通过摩擦试样评价耐磨的过程，也包含对材料进行耐疲劳试验的过程。

6）4 种试验方法的结果评价分别通过测试质量差、体积差、深度差来评估。国内试验方法主要是通过质量变化来进行耐磨性评价，国外试验方法通过样品表面尺寸变化来进行耐磨性评价。

4 结论

1）我国水泥基自流平砂浆使用产品标准来规范生产，无相关试验方法标准作为支撑，产品标准较为单一，不能系统反映该类产品的特性。

2）国内耐磨性试验方法采用漆膜Taber 耐磨法，使用该法测试地面材料有较大局限性。

3）国外耐磨性试验方法采用BÖhme 法、BCA 法、滚轮法，不仅通过摩擦材料表面评价耐磨性，还通过疲劳试验评价材料耐磨性。

4）建议国内建材行业标准修订时修改耐磨性试验方法，以便更有效地反映自流平地面材料的特性。

[1]杨斌，地面用水泥基自流平砂浆及其标准，新型建筑材料，2006 年02 期

[2]JC/T985-2005 地面用水泥基自流平砂浆

[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