摘 要：簡(jiǎn)述了室外體育場(chǎng)地鋪裝所用材料的性能要求和磷酸鎂水泥特性，分析了磷酸鎂水泥應(yīng)用到室外體育場(chǎng)地鋪裝的施工工藝流程。并進(jìn)行了普通硅酸鹽水泥基層與磷酸鎂水泥鋪裝層的粘接性能試驗(yàn)，探究了界面的抗拉粘接性能和抗剪粘接性能。結(jié)果表明，自然養(yǎng)護(hù)條件下對(duì)硅酸鹽水泥基體進(jìn)行鑿毛處理有助于提升界面抗拉粘接強(qiáng)度；隨著鑿毛深度的增加和養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，界面抗剪粘接強(qiáng)度值不斷提升。在室外體育場(chǎng)地薄層鋪裝中，最佳的鑿毛深度為3 mm，不破壞原有基層強(qiáng)度的同時(shí)可最大化提升場(chǎng)地的鋪裝效果。關(guān)鍵詞：室外體育場(chǎng)地；磷酸鎂水泥；特性；施工工藝；粘接性能

中圖分類號(hào)：TQ177.6+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）10-0035-04

Research on the application and adhesive properties of magnesium phosphate cement in the pavement layer of sports venues

WANG Yingying

（Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，Shaanxi China）

Abstract：This paper briefly describes the performance requirements of materials used in outdoor sports venuepavement and the characteristics of magnesium phosphate cement，and analyzes the construction process of apply?ing magnesium phosphate cement to outdoor sports venue pavement. The bonding properties of ordinary Portland ce?ment base and magnesium phosphate cement pavement layer were tested，and the test plan was determined. The ten?sile and shear bonding properties of the interface were investigated. The results showed that the chiseling treatmentof Portland cement matrix under natural curing condition could improve the interfacial tensile bond strength. Withthe increasing of chisel depth and the prolonging of curing age，the shear bond strength of the interface increasedcontinuously. In the thin layer pavement of outdoor sports venues，the best chisel depth was 3 mm，which can maxi?mize the pavement effect of the site without destroying the original base strength.

Key words：outdoor sports venues；magnesium phosphate cement；characteristic；construction technology；bondprop? erty

室外體育場(chǎng)地在長(zhǎng)期的外界環(huán)境和沖擊荷載作用下，容易出現(xiàn)裂縫、坑槽、收縮變形等問(wèn)題，在冬天也容易出現(xiàn)場(chǎng)地內(nèi)部結(jié)構(gòu)的凍融破壞。采用高性能混凝土作為地面鋪裝材料，可對(duì)地面原有混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)加固，顯著提高室外體育場(chǎng)地的使用年限，還可提升運(yùn)動(dòng)安全性和舒適性，緩解外界環(huán)境對(duì)場(chǎng)地的腐蝕作用等。本文采用磷酸鎂水泥作為鋪裝層材料，普通硅酸鹽水泥作為基層材料，制備復(fù)合試件，模擬室外體育場(chǎng)地鋪裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變界面處理方式、養(yǎng)護(hù)條件和鑿毛深度等，探究基層與磷酸鎂水泥鋪裝層之間粘接性能。以期促進(jìn)磷酸鎂水泥或其他高性能混凝土在室外體育場(chǎng)地鋪裝中的應(yīng)用。

1室外體育場(chǎng)地鋪裝材料與施工工藝

1. 1室外體育場(chǎng)地鋪裝材料性能要求

鋪裝層材料的選擇至關(guān)重要，不僅自身要有良好的粘接強(qiáng)度，也要能夠與地面舊混凝土基層充分、牢固地粘接，以免出現(xiàn)脫粘、開(kāi)裂的情況；在鋪裝施工中，由于需要現(xiàn)場(chǎng)拌合、鋪裝，鋪裝所用材料的初凝時(shí)間要合理，便于工人進(jìn)行大面積鋪裝操作。若材料容易快速凝結(jié)，則需要適當(dāng)添加緩凝劑；由于鋪裝完成的室外體育場(chǎng)地要盡快投放使用，因此鋪裝材料要有較強(qiáng)的早期力學(xué)強(qiáng)度；且后期強(qiáng)度也要穩(wěn)定，以保障場(chǎng)地的長(zhǎng)時(shí)間使用；還需具備抗裂、耐磨等特性，提升體育場(chǎng)地的運(yùn)動(dòng)舒適性[1-2]。

1. 2磷酸鎂水泥特性

磷酸鎂水泥作為一種新型無(wú)機(jī)膠凝材料，對(duì)路面裂縫、地面坑槽、建筑物破損等部位的加固和搶修具有普遍適用性，在室外體育場(chǎng)地的快速鋪裝中有著重要應(yīng)用價(jià)值和巨大應(yīng)用潛力。磷酸鎂水泥通常由氧化鎂、磷酸鹽和少量的緩凝劑組成，在水的作用下，會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：

MgO+NH4H2PO4+5H2O?NH4MgPO4×6H2O

水分的加入，使得Mg2+、PO4和H2PO4-被分解出來(lái)并快速發(fā)生反應(yīng)，生成有膠凝特性的產(chǎn)物。磷酸鎂水泥不同于普通水泥，其特殊的水化機(jī)理賦予了其各方面優(yōu)異的性能。如磷酸鎂水泥砂漿流動(dòng)性大，可修補(bǔ)舊基層的裂縫和死角；凝結(jié)時(shí)間快，可現(xiàn)場(chǎng)施工；早期強(qiáng)度高，能盡快投入使用；養(yǎng)護(hù)方式簡(jiǎn)單，節(jié)約人力物力財(cái)力；粘接性能好，對(duì)場(chǎng)地基層的增強(qiáng)效果顯著等。另外還有良好的熱穩(wěn)定性、抗凍性能、耐腐蝕性等，非常符合室外體育場(chǎng)地的快速修補(bǔ)、鋪裝要求[3-4]。

1. 3施工工藝

采用磷酸鎂水泥進(jìn)行室外體育場(chǎng)地薄層鋪裝的施工工藝如圖1所示。

施工前需要根據(jù)體育場(chǎng)地面積和要求制定合理的施工方案。然后封閉施工區(qū)域，利用路面銑刨機(jī)對(duì)基層的舊混凝土進(jìn)行鑿毛處理，并將表面殘留灰塵和雜質(zhì)清除干凈，否則會(huì)導(dǎo)致粘接效果不理想。將磷酸鎂水泥、水按照一定比例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拌合，也可添加一些助劑或者顏料。將充分?jǐn)嚢璧牧姿徭V水泥迅速進(jìn)行鋪裝施工，抹平表面，達(dá)到設(shè)定的鋪裝層厚度。在室外自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù)1 h后，拆除體育場(chǎng)地施工設(shè)施，對(duì)鋪裝層表面的雜物進(jìn)行清掃[5-7]。

2基層與磷酸鎂水泥鋪裝層粘接性能試驗(yàn)

2. 1試驗(yàn)材料與儀器

主要試驗(yàn)材料包括粉體密度為3.41 g/cm3，細(xì)度為200～250目的重?zé)趸V粉末，純度大于99%的磷酸二氫銨粉末，平均粒徑為7.6?m的粉煤灰，選擇硼砂作為緩凝劑，選擇河砂作為集料，使用這些材料制備鋪裝層水泥[8]。體育場(chǎng)地基層材料選擇普通硅酸鹽水泥。

主要試驗(yàn)儀器包括WDL-5000型電子拉力試驗(yàn)機(jī)、SHBY-60B型標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、攪拌機(jī)和壓力機(jī)等。

2. 2試件制備

（1）首先制備磷酸鎂水泥，磷酸二氫銨∶重?zé)趸V=1∶4，粉煤灰的摻入量為10%，硼砂摻入量為5%，水膠比為0.09。將磷酸二氫銨、重?zé)趸V等粉體材料干拌30 s，加水后慢速攪拌30 s，加入河砂快速攪拌3 min；

（2）基體試件所用硅酸鹽水泥、河砂、水的比例為1∶3∶0.5，將其攪拌均勻，倒入70 mm×70 mm×20 mm的試模中，放置在振動(dòng)臺(tái)上，以2 800次/min的頻率振動(dòng)成型，基體試件澆筑的高度為10 mm。在養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)完成后，在基體上方澆筑10 mm的磷酸鎂水泥，抹平表面，所得立體試塊放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，設(shè)定溫度為20?，相對(duì)濕度為90%。養(yǎng)護(hù)完成后，進(jìn)行基層和鋪裝層抗拉粘接強(qiáng)度的測(cè)試[9-11]；

（3）以上述類似步驟制備界面抗剪粘接強(qiáng)度測(cè)試所用的試件，基體試件的澆筑尺寸為150 mm×100 mm×150 mm，養(yǎng)護(hù)完成后，在前后兩側(cè)進(jìn)行鑿毛處理，然后在這兩個(gè)側(cè)面澆筑磷酸鎂水泥塊，澆筑厚度為25 mm，得到150 mm×150 mm×150 mm的試塊，放入養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)到相應(yīng)齡期，進(jìn)行基層和鋪裝層抗剪粘接強(qiáng)度的測(cè)試[12]。

2. 3試驗(yàn)方案

（1）界面抗拉粘接強(qiáng)度測(cè)試方案：改變界面處理方式，將基體的表面進(jìn)行鑿毛處理后，再澆筑磷酸鎂水泥，鑿毛深度在2～3 mm；鑿毛處理下，改變?cè)嚰酿B(yǎng)護(hù)條件，第1組高溫養(yǎng)護(hù)，設(shè)定溫度40?、相對(duì)濕度50 %；第2組養(yǎng)護(hù)條件不變；第3組自然養(yǎng)護(hù)，溫度20?、相對(duì)濕度50%[13]。

利用環(huán)氧樹脂膠水將拉拔掛件與待測(cè)試件的鋪裝層粘接到一塊，采用電力拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，記錄極限拉拔力，按照以下公式計(jì)算基層與鋪裝層界面抗拉粘接強(qiáng)度：

式中：f抗拉為抗拉粘接強(qiáng)度（MPa）；P為極限拉拔力（kN）；A是粘接界面面積（cm2）。

（2）界面抗剪粘接強(qiáng)度測(cè)試方案：將基體兩側(cè)進(jìn)行鑿毛處理，再澆筑磷酸鎂水泥，鑿毛深度分別為1、2、3、4 mm，再將鑿毛后的試件分別養(yǎng)護(hù)4 h、1 d、7 d、28 d后，用壓力機(jī)以2 kN/s的速率，進(jìn)行抗剪粘接強(qiáng)度測(cè)試[14]?；鶎优c鋪裝層抗剪粘接強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

式中：f抗剪為抗剪粘接強(qiáng)度（MPa）；F為測(cè)得的壓力值（N）。

3結(jié)果與分析

3. 1界面抗拉粘接強(qiáng)度

將鑿毛處理后的基體界面和原始基體界面進(jìn)行對(duì)比，分析界面處理方式對(duì)試件粘接強(qiáng)度的影響。發(fā)現(xiàn)采用原始界面的試件抗拉粘接強(qiáng)度值為2.38 MPa，鑿毛處理后試件粘接強(qiáng)度值為2.65 MPa，這是由于鑿毛處理后粗糙界面的基體與磷酸鎂水泥的接觸面積有所增加，參與反應(yīng)的磷酸鎂水泥的總量增多，且粗糙界面增加了基體與磷酸鎂水泥之間的機(jī)械咬合力，增強(qiáng)了基層與鋪裝層之間的粘接效果[15]。

在不同養(yǎng)護(hù)條件下，試件的抗拉粘接強(qiáng)度如表1所示。

由表1可見(jiàn)，不需要特殊的養(yǎng)護(hù)方式，自然養(yǎng)護(hù)條件下試件基層與鋪裝層之間粘接強(qiáng)度最高，這也證實(shí)了磷酸鎂水泥能夠更好應(yīng)用到室外體育場(chǎng)地的鋪裝施工中。磷酸鎂水泥本身的水化硬化反應(yīng)速率就較快，釋放的熱量就可滿足反應(yīng)所需溫度，在高溫養(yǎng)護(hù)條件下，該反應(yīng)會(huì)更加劇烈，極短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的水化硬化產(chǎn)物不完整、不穩(wěn)定，鋪裝到硅酸鹽水泥基體上會(huì)出現(xiàn)粘接薄弱的區(qū)域，影響試件的力學(xué)強(qiáng)度和粘接效果。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，環(huán)境中相對(duì)濕度較高，會(huì)有更多的水分滲透到磷酸鎂水泥中，會(huì)溶解一部分磷酸鹽，降低參與水化硬化反應(yīng)的總量，進(jìn)而減少反應(yīng)產(chǎn)物，降低試件整體的密實(shí)度，基層與鋪裝層的粘接強(qiáng)度也必然會(huì)降低。且部分磷酸鹽溶解，也會(huì)一定程度上增加試件整體酸性，不利于水化硬化產(chǎn)物的生成[16-17]。

3. 2界面抗剪粘接強(qiáng)度

室外體育場(chǎng)地的鋪裝，會(huì)受到外力荷載、環(huán)境的影響產(chǎn)生剪切應(yīng)力，對(duì)此，改變了界面鑿毛深度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，探究界面的抗剪粘接效果，結(jié)果如表2所示。

由表2可見(jiàn)，鑿毛深度的增加和養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，均有助于試件界面抗剪粘接強(qiáng)度值的提升[18]。在4 h至7 d的養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)下，粘接強(qiáng)度值增長(zhǎng)較快，之后增長(zhǎng)速度減緩。4 mm的鑿毛深度所得界面的粘接強(qiáng)度最高，但這并不是最佳的深度值。鑿毛處理也會(huì)對(duì)硅酸鹽水泥基層造成一定損壞，前3個(gè)深度下，試件的破壞完全發(fā)生在粘接界面處；而4 mm的鑿毛深度下不僅界面發(fā)生粘接脫離，試件基體也發(fā)生了損壞。說(shuō)明鑿毛深度過(guò)深會(huì)破壞原有體育場(chǎng)地基體，影響鋪裝后的體育場(chǎng)地的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，鑿毛處理的最佳深度為3 mm[19-20]。

4結(jié)語(yǔ)

將磷酸鎂水泥應(yīng)用到室外體育場(chǎng)地的鋪裝施工中，與場(chǎng)地原有基層的粘接性能良好，且能夠簡(jiǎn)化施工復(fù)雜程度，在自然養(yǎng)護(hù)條件下、短時(shí)間內(nèi)就可達(dá)到較高的強(qiáng)度，借助磷酸鎂水泥優(yōu)異的特性可適當(dāng)降低鋪裝厚度，有效縮短了施工周期，降低了施工成本。磷酸鎂水泥不僅在路橋病害的快速修補(bǔ)中發(fā)揮著重要應(yīng)用，在室外體育場(chǎng)地的鋪裝中也有著廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳斌.軟裝飾材料性能評(píng)價(jià)及其在室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)中的融合分析[J].粘接，2021，45（1）：102-104.

[2]王寧，程玉柱，李楠.合成革在體育用品中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)研究[J].中國(guó)皮革，2022，51（12）：101-104.

[3]葉祺.磷酸鎂水泥在路面坑槽快速修補(bǔ)中的應(yīng)用[J].交通世界，2022（36）：23-25.

[4] 吳曉寧.磷酸鎂水泥在路面坑槽快速修補(bǔ)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].江西建材，2022（9）：249-250.

[5]張科.體育器材中石墨烯鎂基復(fù)合纖維的應(yīng)用研究[J].粘接，2021，48（11）：65-67.

[6] 孫忠明.解析公路橋梁橋面鋪裝層施工工藝[J].山西建筑，2018，44（15）：179-181.

[7]蔡正森，李善強(qiáng)，許新權(quán)，等.機(jī)場(chǎng)道面與公路水泥混凝土路面施工工藝對(duì)比研究[J].公路工程，2020，45（4）：167-174.

[8] 楊青，屈勇.基于環(huán)保材料在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用史研究[J].粘接，2020，43（9）：77-81.

[9]馬士賓，李盈霞，閆偉陽(yáng).基于兩種方法優(yōu)化磷酸鎂水泥砂漿配合比研究[J].混凝土，2023（1）：140-145.

[10]徐穎，鄧?yán)兀瑮钸M(jìn)超，等.磷酸鎂水泥的制備及其快速修補(bǔ)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2019，33（S2）：278-282.

1. 王蛟.綠色建筑裝飾裝修材料在現(xiàn)代體育場(chǎng)館建設(shè)中的應(yīng)用[J].粘接，2020，44（10）：60-63.

[12]潘海旭.外墻素混凝土抹面豎紋鑿毛技術(shù)應(yīng)用[J].河南科技，2022，41（8）：78-81.

[13]唐茂華.超高性能磷酸鎂水泥橋面鋪裝材料制備與性能研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2021.

[14]任亮，方蕈，王凱，等.超高性能混凝土與水泥基材料界面粘結(jié)性研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào)，2019，38（7）：2087-2094.

[15]黃珂.基于碳材料在體育器材中的應(yīng)用[J].粘接，2019，40（6）：65-67.

[16]劉飛.磷酸鎂水泥砂漿與水泥混凝土界面行為研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2020.

[17]王富俊，李俊玲，趙惠霞.綠色設(shè)計(jì)理念下皮革材料在現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].中國(guó)皮革，2022，51（10）：99-101.

[18] 姜依明.軟性水泥室外體育場(chǎng)地超薄鋪裝的研究與應(yīng)用[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)，2020.

[19] 李小妮.陜西省奧體中心體育館綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用[J].粘接，2020，41（2）：62-65.

[20]陽(yáng)晏，劉朝輝，陳華，等.養(yǎng)護(hù)方式和齡期對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度影響的研究[J].建材世界，2021，42（3）：43-46.