水泥地面自流平材料技术综述

周晓群  朱连滨  杨永起  尹巍  杨志航 

 （北京市建筑材料质量监督检验站）

  摘要     本文详细论述了国内外水泥地面自流平材料的特点、分类、组成、施工方法，

       提出了该材料的质量要求及其技术关键，探讨了国内水泥地面自流平材料与国外的

差距，并介绍了水泥地面自流平材料的发展及现状，展望了该材料的应用前景。

关键词   水泥  地面  自流平材料

水泥地面自流平材料是国外先进国家70年代发展起来的一种以水泥为胶凝材料，加以其它材料改进的，用于地面找平的新型材料。使用时，按规定比例加水搅拌成流动性很大，且稳定的浆体，倾倒于地面，即可自流找平，硬化后即制得光洁平整的地面层。该施工方法是对传统地面做法的一次改革，可有效的取代传统的地面做法，极大的提高了地面平整度，并可简便的修复传统地面易出现的起砂，损坏等现象。

自80年代以来，在美国、日本、法国、德国、瑞典、芬兰等发达国家发展很快，得到广泛使用。同时出现了大量的专利技术。象瑞典这样的小国家，一年使用地面自流平材料就达500万米2。

近十年来，随着国内建筑地面质量及环保要求的不断提高，干拌砂浆得到广泛应用，其中水泥地面自流平材料的发展也较为迅速。科学技术的发展，国外新材料的引进，促进了地面自流平材料的研究开发工作，涌现了多种类型的地面自流平材料，并在一些省市的多项工程中得到成功应用。与此同时，多种国外先进的地面自流平材料也纷纷向国内介绍传播，期盼在中国建筑市场中占一席之地。在这样的条件下，国内的地面自流平材料市场正在愈益繁荣，其也正在成为国内的一项重要的地面施工技术。

一、水泥地面流平材料的特点及分类

1、特点

（1）、具有良好的流动性及稳定性，自流找平、不需振捣、抹压。

（2）、施工简便速度快，劳动强度低。

（3）、光洁平整，并且有较高的强度及良好的耐水性。

（4）、可适用于各种建筑地面，如砖、水磨石、木头、石膏板、矿棉等。

2、分类

（1）、按组成和拌和方式分为：单组分水泥地面自流平材料和双组分水泥地面自流平材料。单组分水泥地面自流平材料是一种粉状产品，使用时，与水按规定比例拌和搅成浆体使用；双组分水泥地面自流平材料是由两部分材料组成，一是以水泥为基料的粉状产品，另一种是聚合物乳液，使用时，将两组分按比例拌和在一起使用。

单组分材料的优点是施工简便，易于现场使用，减少了现场失误率，减轻了劳动强度，降低了劳动成本、包装成本，便于储存，缺点是成本较高。双组分材料的优点是成本低，但其使用、储存、运输不方便。目前市场上的发展趋势是以单组分材料为主

（2）、按用途分：可分为做地面垫层、做地面面层、做耐磨地面三种。

做垫层，主要是利用自流平材料将地面找平，然后上面铺地毯、木板、PVC卷材，或粘结PVC地板块、瓷砖等，使所做的地面表面平整，好看。

做面层，主要应用于修补及一般要求地面平整的地面。

做耐磨地面。主要用于工业地面及商用地面。

（3）、按自流平层厚度分：可分为薄型及厚型。

薄型厚度为10mm以下，厚型厚度为10mm～60mm。水泥地面自流平材料的流平厚度差异较大，其范围为0～60mm。由于自流平材料成本较高，流的越厚，造价越高。为降低使用成本，通常仅在面层使用自流平材料，厚度为10mm以下。

（4）、按可上人使用时间分：早强型及普通型。

早强型的自流平材料施工6小时后，即可上人行走，最快的两小时即可投入使用。普通型的需48小时才可上人。目前的发展趋势是向快硬早强发展。

分类方法还有许多种，如按材料分类等。

二、产品的材料组成及其典型配比

1、产品的材料组成

水泥地面自流平材料是以水泥为基料，与其它改性材料经高度复配而制成的水凝硬性复合材料。目前现有的各种配方虽各不相同，但主要由以下几部分组成，水泥、填料、骨料、聚合物、流化剂、保水剂、调凝剂、收缩补偿材料、消泡剂等材料。

水泥是水泥地面自流平材料中的主要材料，该材料的选择对自流平材料性能起着决定性作用。

通常采用普通硅酸盐水泥、高铝水泥或其它快硬水泥等。对于普通要求的自流平材料，主要采用普通硅酸盐水泥或普通硅胶盐水泥掺少量高铝水泥。对于要求早强的自流平材料，无机凝胶材料主要以高铝水泥与石膏为主。目前的发展趋势将以后一种为主。这主要是由于以下几个原因：第一是高铝水泥硬化的很快，即使在气温10oC的条件下施工，用其做的自流平地面，几个小时后即可上人行走。在温度15～20oC的条件下，施工一天后，地面即可使用。第二是高铝水泥与石膏的水化产物钙矾石对高铝水泥的性能无有害影响，其晶体结构可减少自流平材料的收缩。第三是高铝水泥碱性较低，可减少碱集料反应的产生。

由于水泥是收缩性较大的脆性材料，并且拉伸强度、粘结强度较低，作为薄层材料，易开裂，耐久性差。因此需通过掺加聚合物进行改性。水泥中掺加聚合物后，可增大料浆的流动性、保水性，改善材料的抗裂性、耐久性，提高材料的粘结强度、耐磨性、拉伸强度、延伸率、抗冲击性能等。

聚合物在早期主要采用丙稀酸乳液，现在以可再分散聚合物粉末为主，其优点是可制成单组分水泥地面自流平材料，在现场只需加水即可使用。现在大部分使用的可再分散粉的成份为乙烯醋酸乙烯聚合物。随着发展将出现更好更适宜的可再分散粉末，如：丙烯酸类等。

由于水泥地面自流平材料的浆体要求具有较高的流动性及稳定性，因此选择好流化剂是其技术的关键。流化剂目前主要采用的是萘系、密胺类或其它高效减水剂及流化剂。

另外，合适的颗粒级配对浆体的流动性及稳定性也有很大的影响。因此，自流平材料中也加入适量的细填料及骨料，如：重钙、粉煤灰、矿渣粉、硅粉、石英砂、砂子等。

同时，填料、骨料的适量加入对自流平材料中水泥石的收缩具有限制作用，并可改善材料的物理力学性能。

由于水泥地面自流平材料流层较薄，失水性较快，不利于其强度的正常发展及耐久性，因此必须选择好合适品种的保水剂，通常选用各种纤维素。如甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素等。纤维素的加入对提高自流平材料浆体的稳定性，减少沉淀分层，具有较大的好处。

水泥地面自流平材料的收缩对材料的耐久性影响较大，选择适宜的收缩补偿材料就显得非常重要。通常选择的是膨胀剂，或者减缩剂。膨胀剂是以形成钙矾石产生微膨胀、补偿收缩的产品为主。减缩剂是以醇类产品为主。其主要原理是使材料本身的收缩减小。后者在欧美国家用的较为普遍，是其发展的方向。

水泥地面自流平材料中还有调凝剂用于调节材料的凝结时间，消泡剂用于消除材料在搅拌中形成的气泡等。

2、典型配比

水泥地面自流平材料虽然各厂家因所用材料不同，配方各异，但总体上材料离不开上述所列种类，原理大致相同。下面是一些厂家水泥地面自流平材料的典型配比。

德国企业水泥地面自流平材料的配比       单位：kg

美国企业水泥地面自流平材料的配比        单位：kg

双组分水泥地面自流平材料的配比         单位：kg

法国企业水泥地面自流平材料的配比       单位：kg

三、产品的质量要求及其技术关键

尽管自流平材料已发展几十年了，但至今尚无权威的国际标准。应用较普遍的发达国家，也无统一的国内标准。一般国外有关水泥地面自流平材料的品质标准，都由各生产企业自定，依据是满足施工要求。

1、水泥地面自流平材料的基本要求

（1）、具有良好的流动性，在几毫米厚的情况下，具有较好的流平性，并且浆体具有较好的稳定性，使之尽量减少产生离析、分层、泌水、泛泡等不良现象，并且要保证具有足够的可使用时间，通常在40分钟以上，以便于施工操作。

（2）、平整度要好，并且表面无明显缺陷。

（3）、作为地面材料，其抗压强度、耐磨性、抗冲击性、耐水性等物理力学性能应达到一般室内建筑地面的要求。

（4）、耐久性要好。

耐久性是水泥地面自流平材料质量的一个关键性指标。影响自流平材料耐久

性的因素较多。

首先与地面基层粘结牢固，不空鼓，不开裂，是保证良好耐久性的基本要求。对于新做的地面，其表面处理工作一般较易做好，但对于既有建筑地面，必须对其面层状况进行认真的检查。如果地面层存在疏松，空鼓等情况，必须认真清理，以确保自流平材料与地面紧密结合。

其次，自流平材料应在当地最不利的温度与湿度条件下，能承受正常使用的碰撞，并不致于因本身材料的膨胀收缩发生开裂，脱落现象。

（5）、施工简便、速度快、省时、省工。

2、水泥地面自流平材料的主要技术性能

根据水泥地面自流平材料的基本要求，实际使用情况，及现有的自流平材料产品指标，企业和行业标准，并参考水泥地面材料施工技术规范。可提出评价水泥地面自流平材料的主要技术性能要求。它包括流动度、浆体稳定性、抗压强度、抗折强度、凝结时间、抗冲击性、耐磨性、对基层的粘结拉伸强度、耐久性等。

（1）、流动度

流动度是反映水泥地面自流平材料浆体性能的重要指标。流动度的大小及流动时间关系到浆体能否在基层上自动流平。流动度通常用自流平材料浆体在平板玻璃上的摊展度表示。通常的测定做法是将拌好的浆体倒入，放置于水平位置玻璃板上的无底圆筒内（φ50×51mm），待浆体罐满后，表面用抹刀轻轻刮平，垂直向上提取圆筒，浆体自由流动形成圆盘状，待浆体流动停止后，测两个垂直方向的直径，取两个直径的平均值，即为流浆体的流动度。为了测定浆体的流动时间，通常测定3个时间的流动度，一是浆体搅拌好时的初始流动度，二是测定20min时的流动度，三是测定40min时的流动度。目前世界上测定水泥地面自流平材料浆体流动度的指标没有统一标准。韩国行业标准，规定以180mm作为水泥地面自流平材料浆体流动度的下限指标，即如果浆体流动度指标小于180mm，浆体的操作性将难以满足施工要求。一般日本市售水泥地面自流平材料商品流动度为200～300mm。德国市售水泥地面自流平材料商品流动度为200～250。法国市售水泥地面自流平材料商品流动度为220～260mm，中国市售水泥地面自流平材料商品流动度为210～260mm。

（2）、浆体稳定性

该指标是反映水泥地面自流平材料浆体稳定性的指标。将拌好的浆料倒在水平放置的玻璃板上，20分钟后观察，应无明显的泌水、分层、离析、翻泡等现象。该指标对材料成型后的表面状况及耐久性影响较大。

（3）、抗压强度

作为地面材料，该指标必须符合水泥地面的施工规范，国内普通水泥砂浆面层地面要求为抗压强度15MPa以上，水泥混凝土面层抗压强度为20MPa以上。韩国标准规定，一般用地面抗压强度20MPa以上，工业用地面抗压强度28MPa以上。欧洲的《作为工业与商用磨损面层的聚合物改性水泥基地面材料技术规范及施工指南》规定，抗压强度大于20MPa。一般市售商品硬化后抗压强度为20MPa～40MPa，个别的可高达100MPa。

（4）、抗折强度

韩国行业标准规定，工业用水泥地面自流平材料抗折强度应大于6Mpa。一般市售的德国水泥地面自流平材料商品抗折强度大于7Mpa。美国水泥地面自流平材料商品抗折强度大于10Mpa。法国产品大于8Mpa。国内产品大于7Mpa。

（5）、凝结时间

水泥地面自流平材料浆体的凝结时间，不仅关系到浆体的施工操作性，对浆体的早期硬化强度也有一定的影响。根据实验及借鉴参考资料，确定浆体搅拌均匀后，保证其使用时间在40分钟以上，操作性就不受影响。日本住宅公团标准规定，浆体初凝时间大于1小时，终凝小于8小时。韩国行业标准规定，浆体初凝时间大于1小时，终凝小于15小时。随着快硬自流平材料的出现，凝结时间将大大提前，如芬兰水泥地面自流平材料2小时即可投入使用。但不管怎样，水泥地面自流平材料浆体的凝结时间，需满足可使用时间施工的要求。

（6）、抗冲击性

水泥地面自流平材料应能耐受正常的交通往来的人体及搬运物品产生的碰撞。在经受一般性的属于偶然或者故意的碰撞时，不致对地面造成损害。欧洲地面标准规定，地面抗冲击性大于等于4焦耳，韩国行业标准及日本住宅公团标准规定，抗冲击性为无分离及脱落。目前市售的大部分水泥地面自流平材料产品对该项指标无要求，仅美国产品对抗冲击性有规定。

（7）、耐磨性

水泥地面自流平材料作为地面面层材料，必须耐受正常的地面交通往来。由于其流平层较薄，在地面基层坚实的情况下，其承载作用力主要在表面，而不是在体积上。因此其耐磨性比抗压强度还重要。实验表明材料的耐磨性与抗压强度不一定呈正比例关系，而与材料的抗拉强度呈正比。聚合物的加入，可大大改善自流平地面的耐磨性。由于无统一标准，各产品耐磨性的测试方法均不相同。韩国行业标准，耐磨性测试按照KSF2813.2方法，指标为表面磨损为0.15mg/m2以下。欧洲标准耐磨性测试是按照EN13892-5（滚轮）标准，指标为RWA10，或更好。目前市售大部分水泥地面自流平材料产品未注名该项指标。

（8）、对基层的粘结拉伸强度

水泥地面自流平材料与基层的粘结强度，直接关系到浆体硬化后是否会出现空鼓、脱落现象，对该材料的耐久性影响较大。在实际施工过程中，地面基层情况差别较大。有的地面粗糙松软，有的坚硬光滑，因此为使自流平材料获得较好的施工性及耐久性，一方面在提高自流平材料本身适应各种条件情况施工能力的同时，另一方面应尽量改善基层情况。通常对基层进行预处理，即涂刷地面界面剂，使之达到一个较适应自流平材料施工的条件。

基层涂刷地面界面剂具有三个作用，第一、可有效地提高基层与流平层的粘结力，防止空鼓、脱落等现象。第二、可使流平层中的水分不致于被基层过快地吸收，保持较长时间的流动性。第三、将基层表面的气孔、空隙封闭，以免流平时出现反泡现象。基层经地面界面剂处理后，粘结拉伸强度可达0.8MPa以上。韩国行业标准规定，一般用水泥地面自流平材料粘结拉伸强度为0.8MPa以上，工业用粘结拉伸强度为1.2MPa以上。欧洲的地面技术规范中粘结拉伸强度为1.0MPa以上。美国、芬兰市售的水泥地面自流平材料的粘结拉伸强度通常为1.0MPa以上。国内水泥地面自流平材料的粘结拉伸强度通常为0.8MPa以上。

（9）、抗裂性

抗裂性是水泥地面自流平材料的一个关键指标，其大小关系到自流平材料硬化后，是否产生裂纹、空鼓、脱落等现象。能否正确的评价自流平材料的抗裂性，关系到能否正确评价自流平材料产品的成败。

现在的水泥地面自流平材料标准及评价方法均是通过测定自流平材料的自由膨胀收缩率来确定的，但这种方法不能说明材料的膨胀收缩率为多少时，材料可确保不开裂。通常认为膨胀收缩率越小越好。韩国行业标准规定水泥地面自流平材料的自由膨胀收缩率为±0.05%。市售美国水泥地面自流平材料的28天干缩率为不大于0.1%。市售芬兰水泥地面自流平材料的28天干缩率为不大于0.08%。

现代研究表明，材料的抗裂性不仅与材料的膨胀收缩变形有关，还与材料的抗拉强度、弹性模量、徐变变形有关。仅根据材料的膨胀收缩变形大小来判定材料的抗裂性是不全面的。实验表明，同一类的材料，收缩变形小的抗裂性不一定比收缩变形大的好。

研究表明，当自流平材料与基层粘结牢固后，材料的抗裂性取决于随时间变化的材料的抗拉强度ft及膨胀收缩引起的拉应力σt。当材料的膨胀收缩引起的拉应力σt小于抗拉强度ft时，材料不开裂，抗裂性好。反之则相反。

材料抗裂性好，不开裂的条件，用公式表示即为：

        （ft）θ＞（σt）θ                  （1）

 式中     ft  ——  抗拉强度，MPa；

σt ——  变形引起的拉应力，MPa；

         （）θ  ——  表明随时间变化，天。

而变形引起的拉应力σt又取决于自由膨胀收缩变形εsh，应变引起的徐变变形εcr及应变引起的弹性模量Emod。

用公式表示即为：

（σt）θ＝（εsh－εcr）θ×（Emod）θ    （2）

 式中     εsh ——  自由膨胀收缩变形，mm/mm；

εcr ——  应变引起的徐变变形，mm/mm；

Emod ——  应变引起的弹性模量，MPa；

因此，自流平材料的抗裂性取决于材料的抗拉强度ft、自由膨胀收缩变形εsh、应变引起的徐变变形εcr及应变引起的弹性模量Emod。材料的抗拉强度ft、应变引起的徐变变形εcr越大，自由膨胀收缩变形εsh、应变引起的弹性模量Emod越小，材料的抗裂性越好。反之则相反。

3、国外水泥地面自流平材料及地面标准性能指标

（1）、韩国行业标准

表1、水泥地面自流平材料性能指标

   （2）、日本住宅公团标准

表2、水泥地面自流平材料性能指标

 （3）、欧洲标准

欧洲标准《作为工业与商用磨损面层的聚合物改性水泥基地面材料技术规范与施工指南》中地面性能要求见表3。

表3、地面性能要求

*预期用途分类：

A、对全部预期用途的强制性要求，规定了标准试验方法和性能指标。

B、对具体情况的特殊要求，规定了标准试验方法，要求达到的性能指标或填报的结果。

四、水泥地面自流平材料的施工

1、施工方法

（1）、基层处理

将基层清理干净，除去浮灰、油迹等不利粘结的物质。若基层坑洼较大，需做补平处理。

（2）、表面处理

在清理过的基层地面上涂刷2遍地面界面剂。

（3）、流平施工

按照材料的用量，水固比（或液固比）及施工面积计算各种材料用量，用搅拌机搅拌均匀，将搅拌好的浆体倒于地面上，接茬处可轻轻刮平。

（4）、养护

根据各种自流平材料的要求进行养护即可。

2、施工设备的发展

早期，水泥地面自流平材料的施工，是在施工现场，用手提搅拌器，在铁桶中搅拌自流平材料，然后将搅拌好的一桶桶自流平材料的浆体倒于施工的地面。或者用大型的搅拌机分批搅拌自流平材料浆体，然后用挤压泵，泵送到施工地面。这种方法较易控制材料的加水量，能准确配制自流平材料的浆体，但系统的搅拌量受到限制，施工速度较慢。

为克服其缺点，连续搅拌泵送设备开始使用，但该系统加水量无法准确控制。随着使用环境的变化，变化较大，影响了产品质量。因此其加水量不得不按照实际搅拌用量进行调整。

随着施工技术的发展，将搅拌机与挤压泵分离，都接到一个能连续称量加入的粉料量同时用水表计量加入的水量的容器中，通过计算机随时控制好加入的粉料量和水量的比例，这样较好地解决了加水量不准的问题。

近来大型散装供料车的出现，水泥地面自流平材料搅拌速度可达到5m3/h，使自流平材料的施工速度得到大大提高。

五、国内水泥地面自流平材料与国外的差距

我国研制应用水泥地面自流平材料起步较晚，是从80年代后期开始的。初期发展速度及推广也较慢，主要原因是自流平材料成本造价较高，受我国经济条件的限制，在建筑工程中大面积使用受到制约，仅在一些对地面平整度要求较高的工厂、医院及国外投资建的工程中得到应用。近几年，随着改革开放的深入，建筑工程质量，施工速度要求的提高，有加快发展的趋势。

目前国内水泥地面自流平材料的发展与国外先进国家相比差距较大。

首先国内水泥地面自流平材料的品种较少，只有普通型的地面自流平材料。因此需加快完善产品种类，扩大使用范围。如快硬自流平材料，2～6小时即可上人行走，投入使用；工业用耐磨地面自流平材料；高强度、高性能的地面自流平材料等。

另外，还需加强水泥地面自流平材料施工机具的开发及引进。现在国内施工机具还是国外早期应用阶段的工具，手工搅拌及间歇式搅拌阶段，缺少连续施工的机具，施工速度较慢，体现不出该种材料的较大施工优势。

尚需编制国内水泥地面自流平材料的产品标准、施工规范等，提高人们对该种材料的认识，以便引导、促进、规范该种材料的研究、开发、生产、设计、应用等。

六、结语

水泥地面自流平材料作为一种地面施工的新材料和新技术，目前尚不为人所众知。随着它的推广应用，施工和设计部门对这种材料的深入了解和认识，它所具有的独特性能，将会逐步被人们所认识和接受。随着科学技术的进步，新材料、新技术的出现，为该材料的不断开发完善提供了可能。随着该材料品种增多，功能增加，成本的进一步下降，它将在改善建筑物地面质量，降低劳动强度，推动地面施工与应用技术的发展上，发挥越来越重要的作用，具有极广阔的应用前景。

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