地坪保护剂在混凝土地坪上的施工性能研究
2022-04-01周晓兰
周晓兰
（福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州350108）
0 引言
根据混凝土地坪表面维护材料的不同，主要分为耐磨地坪、有机类地坪、渗透反应型地坪。耐磨地坪的表层存在一些微孔结构，有害物质容易渗入地坪内部，对混凝土造成破坏。有机类地坪在使用过程中会出现剥落、磨损、老化等现象，从而导致地坪使用寿命缩短，后期维护工作量较大。渗透型混凝土地坪保护剂是混凝土地坪保护材料的发展方向[1]，将混凝土地坪保护材料均匀地喷洒在混凝土地坪表层，通过表面的微孔结构深入混凝土内部与水化产物发生反应生成立体交联网络[2]，在完善混凝土水化网络结构的同时，将混凝土地坪保护材料填充混凝土表层微孔结构中，增加混凝土地坪的表层硬度、致密性、耐磨性等，从而达到保护混凝土地坪、延长混凝土地坪使用寿命的作用。此外，锂基硅酸盐类地坪保护剂作为渗透型混凝土地坪保护剂的一种，具有模数高、电荷吸附强，并且可在混凝土地坪表面形成一层耐水的保护膜等优点，得到科研工作者的广泛研究[3]。但是，目前大部分科研工作都停留对锂基硅酸盐的产品性能提升方面，鲜有开展对其施工工艺方面的研究。施工工艺是实现混凝土地坪保护剂产品功能的一个重要步骤，合适的施工工艺不仅能使地坪保护剂达到预期的使用效果，而且可以达到节约材料、控制成本的经济效益。因此，本文通过设计正交实验，检测对渗透型混凝土地坪保护剂施工后的混凝土地坪的表面硬度和24 h表面吸水量的变化趋势，考察锂基硅酸盐类地坪保护剂的最佳施工用量和最合理的反应时间，确定施工工艺并提出施工过程中的质量控制要点，以确保混凝土地坪保护剂可以发挥最佳施工效果。
1 施工用量及反应时间
所用混凝土地坪保护剂是以锂基硅酸盐溶液、甲基硅酸钠溶液（以硅酸锂溶液的质量为基准内掺6%）及适量表面活性剂、稳定剂、渗透剂配制而成。
1.1 性能检测
（1）表面硬度是测定混凝土地坪保护剂施工后的混凝土地坪表面性能的一种方法，可以考核混凝土地坪保护剂对混凝土地坪表面硬度的提高情况。测试方法如下：采用钢球在载荷作用下在材料表面产生压痕，压痕直径反映材料表面的硬度，试验方法参照《混凝土地面用水泥基耐磨材料》（JC/T906—2002）附录A。
（2）24 h表面吸水量用来测定混凝土地坪的耐水情况，可以反映地坪保护剂对混凝土地坪表面防水效果的影响。测试方法如下：在试验面上立一根直径为20 mm、长120 mm的玻璃管，用松香石蜡密封玻璃管与试件之间的缝隙。将水溶液加入玻璃管中，初始液面高度为100 mm，在液面高度做好标记，玻璃管上端用锡纸遮盖包住并静置24 h，记录液面下降的高度，该下降高度为24 h表面吸水量。
1.2 样品制备
采用16块同一配比的浇捣成型混凝土地坪，在相同的环境条件下养护28 d。将混凝土地坪保护剂按一定的用量分别涂抹在混凝土地坪上，经过一段时间的养护后，对分别涂抹的地面进行打磨和抛光处理，并在每块地面上随机抽取3个部位的取芯进行表面硬度和24h表面吸水量的试验，获得效果最佳且最经济的地坪保护剂用量及反应时间。
1.3 正交实验设计及结果分析
1.3.1 正交实验
采用设计正交试验研究地坪保护剂在混凝土地坪的施工性能，正交试验因素水平分布见表1。
表1 正交试验因素水平分布
以混凝土地坪的表面硬度和24 h表面吸水量为参考指标，设计正交试验，正交试验方案及性能测试结果见表2。
表2 正交试验方案及性能测试结果
1.3.2 结果分析
对16组地坪保护剂的表面硬度、24 h表面吸水量检测结果进行极差分析，结果见表3。
表3 极差分析计算结果
从混凝土地坪保护剂对表面硬度的影响可知，影响表面硬度的因素主次顺序为A>B，压痕直径越小表面硬度越高，因此因素A的最高水平是A3，因素B的较高水平是B3和B4。从混凝土地坪保护剂对24 h表面吸水量的影响可知，影响24 h表面吸水量的因素主次顺序为A>B，液面下降高度越小，24 h表面吸水量越少，防水性能越好，因此因素A的最高水平是A4，因素B的最高水平是B4。
为更直观地观察因素A、因素B在不同水平下对混凝土地坪表面硬度及24h表面吸水量的影响，现将其绘制成图。对混凝土地坪表面硬度的影响（如图1所示），对混凝土地坪24 h表面吸水量的影响（如图2所示）。
图1 各因素对表面硬度影响
图2 各因素对24 h表面吸水量影响
如图1、图2可知，当因素水平从1增加到3，即因素A从0.1 kg/m2增加到0.3 kg/m2，因素B从1 d增加到4 d时，因素A、因素B对表面硬度及24 h表面吸水量的影响都比较显著，而当因素水平从3增加到4，即因素A从0.3 kg/m2增加到0.4 kg/m2，因素B从4 d增加到6 d时，因素A对表面硬度、24 h表面吸水量的影响明显变小，因素B对表面硬度的影响几乎可以忽略、对24h表面吸水量的影响明显变小。
因为混凝土地坪保护剂为渗透反应型材料，从反应用量来看，随着地坪保护剂用量的增加，表面硬度和24 h吸水量显著降低，但当反应用量增加到0.3 kg/m2及以上时，反应用量的继续增加，对表面硬度和24 h吸水量的影响变小；从反应时间来看，在反应初期，地坪保护剂中的有效成分可以快速接触混凝土地坪中的水化产物并与其发生反应，随着时间的延长，保护剂中的有效成分仍然可以与混凝土内部进行缓慢的反应，但当反应时间达到4 d后，随着反应时间的延长，保护剂的有效成分与混凝土的反应率达到较高水平，因此表现为表面硬度（压痕直径）和24 h吸水量的减小变缓。
建筑材料行业标准《渗透型液体硬化剂》（JC/T2158—2021）对表面硬度和24 h表面吸水量的性能要求见表4。通过见表2和见表4可知，当因素A和因素B处于水平3时，表面硬度和24h表面吸水量性能均能满足标准《渗透型液体硬化剂》（JC/T2158—2021）要求。
表4 渗透型液体硬化剂性能要求
综上分析，在保证混凝土地坪保护剂达到施工效果的同时，考虑到经济效益及施工工期等因素，即施工用量尽量少，反应时间尽量短，因此推荐A3和B3为最优的施工条件。
2 施工质量控制
混凝土地坪保护剂的施工工艺流程共有混凝土基层处理、地坪保护剂施工、面层抛光等工序。地坪保护剂施工时，施工质量的好坏将直接影响地坪保护剂的使用效果，因此对施工工序的各环节提出质量控制要点。
2.1 基层质量控制及验收
首先要对基层的表面进行清理，避免地坪基层的起砂、油污等造成对施工质量的影响。其次要控制混凝土地坪的平整度，用2 m的靠尺检查地面平整度，保证地面平整度达到每平米之内落差不超过3 mm。当地面平整度不符合要求时，需要对凸出部分进行铣刨、打磨，对低凹或空鼓处进行注浆、填补、抹平，注浆或补平的工作，使用的材料可采用专用标号不低于原地坪混凝土的水泥砂浆，补平后的地面至少经过7d方可进行其他施工操作。
为了使地坪保护剂更好地渗入混凝土地坪表层，在地坪保护剂施工前，可对混凝土地坪进行面层打磨处理，去除表面浮浆。
2.2 地坪保护剂施工质量控制
第一，根据施工前的工程现状，由技术人员对施工队伍进行技术交底，做好施工前的基层处理工作，并对基层进行验收。
第二，根据待施工的地坪面积，按0.30 kg/m2的用量称取混凝土地坪保护剂装入喷雾器中，喷洒前适当摇晃装有混凝土地坪保护剂的喷雾器，保证待喷洒混凝土地坪保护剂溶液的均匀性。要注意喷洒时的顺序，按照先难后易、先里后外、先高处后低处、先小面积后大面积地进行施工。
第三，混凝土地坪保护剂喷洒结束后，做好保护措施，避免踩踏或上置工具，使其达到4 d阶段的混凝土地坪表面湿润状态，保证地坪保护剂充分地渗入混凝土中完成反应。
2.3 混凝土地坪抛光
当混凝土地坪保护剂和混凝土地坪充分反应结束后，为了提高地面光泽度、改善地面使用性能及美观，经混凝土地坪保护剂施工后的地面需进行抛光处理。
第一，混凝土地坪抛光施工前，需对地面喷洒水雾进行润湿。将所需目数的抛光磨片安装在地面抛光机的底部，运行地面抛光机且均匀地移动对地面进行整体抛光，地面边角或凹陷处可用小型手持抛光机进行抛光。同一抛光目数应进行两遍抛光，当第一遍抛光完成后需对地面进行适当清洗，清除抛光残留粉尘及废浆等，然后将地面残余的水渍扫净，等地面恢复至规定的润湿状态时，再进行第二遍抛光施工。若两次抛光施工间隔时间过长导致地面过于干燥，在第二遍抛光前需重新对地面进行喷雾润湿后方可进行抛光施工。
第二，根据地坪的设计要求或用途，当配合使用混凝土光亮剂或混凝土抛光液等进行抛光施工时，可不对地面进行润湿处理，以免影响抛光辅助剂的施工效果。抛光辅助剂需要按照相应的产品要求使用，施工后需要对其清洗干净，以免残留液结晶附着地坪表面，影响地坪整体使用性能。
第三，抛光结束后，地坪需仔细冲洗，除去打磨抛光残余的粉尘及废浆，待地坪干燥后即可投入使用。
3 总结
随着混凝土地坪保护剂用量的增加、反应时间的延长，其表面硬度和24h吸水量显著降低，但当反应用量增加到0.3 kg/m2以上、当反应时间达到4 d时，对表面硬度和24 h吸水量的降低明显减缓，综合考虑施工成本和施工工期的情况下，推荐混凝土地坪保护剂的最佳施工用量为0.3 kg/m2，最佳反应时间为4 d。
为确保混凝土地坪保护剂能达到期望的效果，要对施工过程中各个环节的质量进行严格把控。特别注意的是，施工前，保证混凝土地坪的平整度在每平米之内落差不超过3 mm，对施工人员进行技术交底，并严格按照推荐用量进行施工；施工后，按推荐反应时间进行养护，待反应时间结束后，应对混凝土地坪进行喷水抛光，除去残留液结晶清扫粉尘和废浆。
