李十泉，吳麗雅，陳蓓， 蔣邵軒，葛佳龍

（1.南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 南京 225300；2.泰州市同一建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江蘇 泰州 225300；3.江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

磷酸鎂水泥(magnesium phosphate cement，簡稱MPC)是一種新型膠凝材料，由重?zé)趸V、磷酸鹽以及緩凝劑按一定比例混合加水制成。 MPC 具有早強(qiáng)高強(qiáng)、黏結(jié)耐久、纖維相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于工程結(jié)構(gòu)加固，道路緊急修補(bǔ)，固化放射性核廢料[1-3]。

通過試驗(yàn)研究， 分析緩凝劑 （硼砂） 用量對(duì)MPC 凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度的影響，確定其合適用量；分析水膠比W/B（“膠”為氧化鎂+磷酸二氫鉀+硼砂的總質(zhì)量）、鎂磷比M/P（氧化鎂與磷酸二氫鉀質(zhì)量之比）、養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)MPC 試件強(qiáng)度的影響。 為MPC的配合比設(shè)計(jì)、制備流程、施工工藝提供了參考。

1 試驗(yàn)介紹

1.1 試驗(yàn)材料

氧化鎂：200? 目重?zé)V粉， 由華耐鎂業(yè)有限公司生產(chǎn)。 磷酸二氫鉀（KH2PO4）：工業(yè)級(jí)，KH2PO4含量≥98%，粒度200 目，由上海劍誠化工有限公司生產(chǎn)。 硼砂 （Na2B4O7·10H2O）： 工業(yè)級(jí)， 含量≥99.5%，無錫展望化工試劑有限公司生產(chǎn)。 水為自來水。

1.2 施工方法

MPC 凈漿試件的制作、 強(qiáng)度測(cè)試、 計(jì)算均參照ISO 法[4]。 實(shí)驗(yàn)儀器主要有NJ-I60B 水泥凈漿攪拌機(jī)，DY-208 型全自動(dòng)水泥強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)。 將稱取好的氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂依次倒入潤濕過的攪拌鍋中；先手工攪拌，緩慢加入水（開始記時(shí)），繼續(xù)攪拌至粉末全部濕潤；安裝攪拌鍋，進(jìn)行機(jī)械攪拌，低速攪拌120 s，停15 s，再高速攪拌120 s，至凈漿均勻，流動(dòng)性良好。參考文獻(xiàn)[5]進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間測(cè)定。將MPC凈漿澆筑于試模，振搗密實(shí)，抹平，靜置養(yǎng)護(hù)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.1 硼砂用量

緩凝劑可調(diào)節(jié)MPC 的凝結(jié)時(shí)間， 選用硼砂作為緩凝劑[6-7]。 緩凝劑不參與反應(yīng)，但影響MPC 強(qiáng)度。為明確硼砂用量對(duì)MPC 凈漿凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度的影響，以水膠比W/B= 0.15，選用不同用量的硼砂制作試件。 養(yǎng)護(hù)3 d 后，進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見表1、圖1。

圖1 緩凝劑用量對(duì)MPC 凈漿強(qiáng)度的影響

據(jù)表1 和試驗(yàn)觀察，隨硼砂用量增加，初凝時(shí)間逐漸增加，MPC 凈漿拌合物的流動(dòng)性越好， 對(duì)施工有利。 據(jù)圖1，隨硼砂用量增加，MPC 凈漿試件的抗折、抗壓強(qiáng)度先增加后減小。 由于硼砂用量越少，MPC 凈漿凝結(jié)過快，施工難度大，施工質(zhì)量差，其強(qiáng)度降低。 若硼砂使用過多，雖施工方便，但強(qiáng)度會(huì)降低。 當(dāng)M:P:B=100:85:5 時(shí)，初凝時(shí)間為20 min，抗折強(qiáng)度達(dá)到9.2 MPa、抗壓強(qiáng)度達(dá)到42.3 MPa，均較理想；同時(shí)，MPC 凈漿施工性能較好。

2.2 水膠比（W/B）

水膠比增大能改善MPC 凈漿流動(dòng)性[7-8]，初凝時(shí)間也會(huì)增加。為分析水膠比對(duì)MPC 凈漿抗折、抗壓強(qiáng)度的影響， 取配合比M:P:B= 100:85:5，W/B=0.11、0.13、0.15、0.17，制作MPC 試件，養(yǎng)護(hù)3 d，進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見表2、圖2。

圖2 水灰比對(duì)MPC 凈漿強(qiáng)度的影響

據(jù)表2，W/B 越小，MPC 凈漿的強(qiáng)度越高；對(duì)于W/B =0.11 的試件，其抗折強(qiáng)度9.9 MPa，抗壓強(qiáng)度達(dá)到45.0 MPa，達(dá)到42.5 的硅酸鹽水泥強(qiáng)度；W/B= 0.17 時(shí)，其強(qiáng)度下降明顯。 可見，減小W/B 是增大MPC 凈漿抗折、抗壓強(qiáng)度最有效的方式。但W/B太小，拌合物的和易性差，施工性能差，且初凝時(shí)間也會(huì)減少。 故W/B=0.11 是能保證MPC 凈漿和易性，強(qiáng)度及施工性能的最佳值。

表1 不同硼砂用量時(shí)MPC 凈漿抗折、抗壓強(qiáng)度（3 d）

表2 不同水膠比MPC 凈漿抗折、抗壓強(qiáng)度（3 d）

2.3 鎂磷比（M/P）

M/P 是影響MPC 凈漿強(qiáng)度的重要因素[9]，若配比合適，兩者之間能完全反應(yīng)。 但其反應(yīng)機(jī)理尚不明確。參考文獻(xiàn)[10-11]，共設(shè)計(jì)了8 組試件，M:P:B=100:85:5，M/P=0.9～3.0，W/B = 0.11、0.13，制作試件，養(yǎng)護(hù)3 d，進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見表3、圖3。

圖3 M/P 對(duì)MPC 凈漿強(qiáng)度的影響

據(jù)圖3，在M/P＜1.8 時(shí)，隨M/P 值的增大，試件強(qiáng)度增大；當(dāng)M/P＞1.8 后，隨M/P 值的增大，試件的強(qiáng)度降低，且幅度較大。M/P 值對(duì)MPC 凈漿強(qiáng)度的影響規(guī)律在其值小于1.8 時(shí)是符合的。 M/P 值大于1.8 時(shí)，氧化鎂的含量增多，需要的用水量增加，拌和物的和易性變差，施工性能降低，試件的強(qiáng)度較低。此時(shí)，即使通過增大水膠比來改善MPC 凈漿和易性，MPC 凈漿的強(qiáng)度無明顯提高。 M/P 值在1.2～2.2 之間，MPC 凈漿具有較好的強(qiáng)度和施工性能。

2.4 齡期

已有研究表明，齡期對(duì)MPC 強(qiáng)度有影響[4,8]。對(duì)M/P=1.8，W/B=0.11，配合比=153:85:5 的MPC 凈漿進(jìn)行不同齡期（1 d、3 d、7 d、14 d、28 d）的強(qiáng)度試驗(yàn)。 試件同條件養(yǎng)護(hù)至齡期后進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，見表4、圖4。

圖4 齡期對(duì)MPC 凈漿強(qiáng)度的影響

據(jù)表4，MPC 凈漿具備明顯的早強(qiáng)高強(qiáng)特性，強(qiáng)度隨齡期的增加而增加。 由圖4，MPC 凈漿的1 d強(qiáng)度達(dá)28 d 強(qiáng)度的90.1%，3 d 強(qiáng)度達(dá)28 d 強(qiáng)度的90.2%；1 d 后的短期強(qiáng)度變化不明顯， 后期強(qiáng)度才有較明顯上升。M/P=1.8，W/B=0.11，配合比=153:85:5的MPC 凈漿抗折、 抗壓強(qiáng)度達(dá)到52.5R 的硅酸鹽水泥強(qiáng)度要求。

表3 不同M/P 值MPC 凈漿的抗折、抗壓強(qiáng)度（3 d）

表4 不同齡期下MPC 凈漿抗折、抗壓強(qiáng)度

3 結(jié)論

（1）硼砂必須使用，但其用量應(yīng)嚴(yán)格控制。W/B越小，MPC 凈漿的強(qiáng)度越高，但施工性能變差。 當(dāng)M:P:B=100:85:5 時(shí)，MPC 凈漿的初凝時(shí)間、 抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、施工性能均較理想。

（2）當(dāng)W/B=0.11，M/P=1.2～2.2 時(shí)，MPC 凈漿具有較好的強(qiáng)度和施工性能。 M/P=1.8，W/B=0.11，M:P:B=153:85:5 的MPC 凈漿強(qiáng)度達(dá)52.5R 硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求。

（3）MPC 凈漿的1 d 強(qiáng)度達(dá)28 d 強(qiáng)度的90%；體現(xiàn)出明顯的早強(qiáng)性能。

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[4] GB/T 17671-1999, 水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO 法)[S].

[5] GB/T 1346-2011,水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性[S].

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