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        MPC凈漿的配合比及改性試驗(yàn)分析

        2018-09-22 07:42:02于旭峰吳文帥張亮俞濤周濤
        江蘇建材 2018年4期
        關(guān)鍵詞:切絲凈漿水膠

        于旭峰,吳文帥,張亮,俞濤,周濤

        (南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院,江蘇 泰州 225300)

        0 引言

        磷酸鎂水泥 (Magnesium Phosphate Cement,MPC)由磷酸鹽、氧化鎂以及外加劑按一定的比例組成,是以酸-堿中和反應(yīng)為基礎(chǔ),通過(guò)物理作用凝結(jié)硬化的新型氣硬性膠凝材料,其具有凝結(jié)硬化快、早期強(qiáng)度高、黏結(jié)性能好、體積穩(wěn)定性好、纖維相容性好、耐久性能好等特點(diǎn)。

        本文通過(guò)試驗(yàn)研究,分析MPC凈漿的強(qiáng)度及其影響因素,并對(duì)MPC進(jìn)行改性 (粉煤灰、CFRP切絲),分析配合比、強(qiáng)度等數(shù)據(jù),得到相應(yīng)的研究結(jié)論,為磷酸鎂水泥的制備及應(yīng)用提供參考。

        1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)材料包括:①氧化鎂(MgO):200 目重?zé)V粉。②磷酸二氫鉀 (KH2PO4):工業(yè)級(jí),含量≥98%,粒度 200 目。 ③硼砂(Na2B4O7·10H2O):工業(yè)級(jí),含量≥99.5%。④CFRP切絲:?jiǎn)谓z直徑7.0 μm,抗拉強(qiáng)度3.8 GPa,抗拉模量40 GPa,伸長(zhǎng)率1.5%,密度1.76 g/cm3。⑤粉煤灰:其性能參數(shù)見(jiàn)表1。⑥水:自來(lái)水。

        1.2 試件制作

        試件的制作過(guò)程、強(qiáng)度測(cè)試及計(jì)算均參照(ISO法)GB/T 17671—1999 《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行。主要試驗(yàn)儀器:NJ-I60A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)和SBY-32B型養(yǎng)護(hù)箱。

        首先,用不同的秤盤(pán)稱量計(jì)算好的原材料。其次將稱取好的氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂依次倒入潤(rùn)濕過(guò)的攪拌鍋中。第一步,先手工攪拌,緩慢加入水,繼續(xù)攪拌至粉末全部濕潤(rùn);第二步,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。裝模時(shí),邊裝模邊振搗,排除試件內(nèi)氣體。再將試模放到震蕩臺(tái)上進(jìn)行60 s的震蕩,使得試件內(nèi)氣泡盡量逸出。震蕩完后,對(duì)凹凸不平的表面進(jìn)行鏟平,做成40 mm×40 mm×160 mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊。將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),至齡期后測(cè)試強(qiáng)度。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 MPC凈漿配合比

        對(duì)MPC凈漿試件,分析水膠比、齡期對(duì)強(qiáng)度的影響。水膠比有:0.11、0.12、0.125、0.13、0.135、0.14、0.145、0.15;齡期有: 3 d、28 d、180 d。 相應(yīng)試件的測(cè)試強(qiáng)度見(jiàn)表2。水膠比對(duì)試件強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖1,2。

        表2 MPC凈漿試件的強(qiáng)度

        圖1 MPC凈漿抗折強(qiáng)度

        圖2 MPC凈漿抗壓強(qiáng)度

        據(jù)圖1,各組水膠比試件抗折強(qiáng)度隨齡期增加而增大,水膠比為0.125時(shí),試件的抗折性能在長(zhǎng)齡期時(shí)較優(yōu),且抗折強(qiáng)度達(dá)62.5R水泥的要求。據(jù)圖2,各組水膠比試件抗壓強(qiáng)度隨齡期增加而提高,水膠比為0.12時(shí)抗壓性能較優(yōu),達(dá)到42.5R的要求。

        總體而言,水膠比為0.125時(shí),MPC凈漿試件施工性能與強(qiáng)度較優(yōu)。試件的水化反應(yīng)在3 d時(shí)基本完成,強(qiáng)度趨于穩(wěn)定,且達(dá)到42.5 R水泥的強(qiáng)度要求,早強(qiáng)、高強(qiáng)性能明顯。

        2.2 MPC凈漿的粉煤灰改性

        為分析粉煤灰摻量對(duì)MPC凈漿性能的影響,結(jié)合已有試驗(yàn)研究,對(duì)水膠比為0.18的試件進(jìn)行研究,選用粉煤灰摻量為:0%、10%、20%、30%,齡期為:3 d、7 d、28 d。相應(yīng)試件的強(qiáng)度見(jiàn)表3。粉煤灰摻量及齡期對(duì)試件強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3,4。

        表3 粉煤灰改性試件的抗折抗壓強(qiáng)度

        圖3 MPC+粉煤灰抗折強(qiáng)度

        圖4 MPC+粉煤灰抗壓強(qiáng)度

        據(jù)圖3可知,當(dāng)試件在3 d時(shí),水化反應(yīng)基本完成,且強(qiáng)度基本穩(wěn)定;粉煤灰摻量為10%的試件抗折性能較優(yōu),抗折強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而提高。據(jù)圖4,粉煤灰摻量為30%時(shí)抗壓強(qiáng)度較優(yōu),在3 d時(shí)水化反應(yīng)基本完成,強(qiáng)度基本穩(wěn)定;試件的抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而提高。試件能達(dá)到32.5 R的標(biāo)準(zhǔn)。

        總體而言,粉煤灰改性試件的抗折強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而下降,由于粉煤灰的正負(fù)效應(yīng)的綜合作用,試件的抗壓強(qiáng)度變化不明顯,但總體保持與MPC凈漿強(qiáng)度相近。

        2.3 MPC凈漿的CFRP切絲改性

        據(jù)研究,當(dāng)CFRP切絲的體積摻入量為9‰,水膠比為0.135時(shí),改性試件性能較優(yōu),故試驗(yàn)中,CFRP 切絲(長(zhǎng)度為 5 mm、10 mm、15 mm)的體積摻入量為 9‰,齡期有 3 d、28 d、120 d、180 d。相應(yīng)試件的強(qiáng)度見(jiàn)表4。CFRP切絲長(zhǎng)度及齡期對(duì)試件強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖5,6。

        表4 碳纖維改性試件的抗折抗壓強(qiáng)度

        圖5 MPC+碳纖維抗折強(qiáng)度

        圖6 MPC+碳纖維抗壓強(qiáng)度

        據(jù)圖5,6可知,強(qiáng)度隨齡期的增加而提高,試件能達(dá)42.5R的強(qiáng)度;其中,3 d齡期試件的抗折、抗壓強(qiáng)度均達(dá)到62.5R水泥的要求,其早強(qiáng)、高強(qiáng)特性明顯;CFRP切絲長(zhǎng)度對(duì)性能影響較小。

        總體而言,由于CFRP切絲具有聯(lián)結(jié)細(xì)顆粒的作用,28 d時(shí)強(qiáng)度相對(duì)于MPC凈漿提高了30%左右,因此CFRP切絲改性試件強(qiáng)度提高顯著。

        3 結(jié)論

        (1)當(dāng)水膠比為 0.125時(shí),MPC凈漿達(dá)到42.5R的強(qiáng)度要求,其早強(qiáng)、高強(qiáng)特性明顯,施工性能及強(qiáng)度較優(yōu),且試件強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而提高。

        (2)當(dāng)水膠比為0.18時(shí),粉煤灰試件達(dá)到32.5R的強(qiáng)度要求,其抗折強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而下降,抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而提高,且由于粉煤灰具有微集料效應(yīng),會(huì)填充于拌和物的毛細(xì)孔中,有利于強(qiáng)度提高,試件強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而提高。

        (3)當(dāng)水膠比為0.135時(shí),CFRP切絲改性試件達(dá)到42.5R的強(qiáng)度要求,切絲長(zhǎng)度對(duì)試件強(qiáng)度影響較小,且試件強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而提高。

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