不同摻合料改性磷酸鹽水泥的試驗(yàn)研究

裴挫萍

摘 ?????要：針對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)混凝土修補(bǔ)中對(duì)修補(bǔ)材料性能的要求，結(jié)合當(dāng)前的磷酸鹽水泥的性能，利用硅酸鹽水泥對(duì)傳統(tǒng)的磷酸鹽水泥進(jìn)行改性，以提高磷酸鹽水泥的性能。對(duì)此，以抗壓強(qiáng)度和耐水性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過單摻和復(fù)摻的方式，得到當(dāng)粉煤灰+硅酸鹽水泥摻入量在10%的情況時(shí)，其抗壓強(qiáng)度最大，耐水性都最佳，說明改性可提高磷酸鹽水泥試件的性能。

關(guān) ?鍵 ?詞：硅酸鹽水泥;磷酸鹽;單摻;抗壓強(qiáng)度;耐水性

中圖分類號(hào)：TU 502 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）03-0512-04

Abstract： In order to improve the performance of phosphate cement， the traditional phosphate cement was modified by using the portland cement in view of the current requirements for the performance of the repair material in the traditional concrete repair. In this regard， the compressive strength and water resistance were used as the evaluation index， single mixing and complex mixing experiments showed that， the compressive strength of the cement was the highest and the water resistance was the best when the dosage of fly ash and portland cement was 10%， indicating that the modification can improve the performance of the phosphate cement.

Key words： Portland cement;Phosphate; Single mixing; Compressive strength; Water resistance

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快，各種高樓大廈、橋梁工程、隧道等開始大量修建，從而使得混凝土的需求大增。但是，在很多橋梁隧道、路基工程等修建完成以后，混凝土?xí)?jīng)歷長(zhǎng)年累月的侵蝕和破壞，從而給當(dāng)前的建筑工程帶來極大的破壞。此外，由于部分建筑在設(shè)計(jì)和施工的過程中，因?yàn)閳D紙、施工等存在的缺陷，也會(huì)造成混凝土出現(xiàn)裂縫、空洞等多種問題，進(jìn)而嚴(yán)重的影響著工程建設(shè)的質(zhì)量。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中出現(xiàn)的這類問題，對(duì)混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，成為當(dāng)前思考和研究的重點(diǎn)。而在眾多的修補(bǔ)材料中，無機(jī)類的修補(bǔ)材料憑借其經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性，成為當(dāng)前比較熱門的一類修補(bǔ)材料。與此同時(shí)，作為修補(bǔ)材料的磷酸鎂水泥，借助其快速凝結(jié)，以及較高的強(qiáng)度，同時(shí)與舊混凝土的高強(qiáng)度粘接，以及其耐磨性和抗凍性，被廣泛的應(yīng)用在修補(bǔ)材料中[1-3]。然而通過研究表明，磷酸鎂水泥也存在一個(gè)非常突出的問題，那就是其耐水性能相對(duì)較差，同時(shí)造價(jià)也非常的昂貴。對(duì)此，如何對(duì)傳統(tǒng)的磷酸鎂水泥進(jìn)行改性，以改變其性能，提高其耐水性，是本文探討的重點(diǎn)。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?試驗(yàn)原材料

本文試驗(yàn)的主要目的是探討不同因素對(duì)硅酸鹽改性后的性能的影響。而結(jié)合混凝土制備的基本材料，選取氧化鎂等作為本文試驗(yàn)的主要原材料。具體明細(xì)見表1所示。

1.2 ?試驗(yàn)方法

在對(duì)混凝土試件進(jìn)行制備中，首先按照上述選取的原材料，根據(jù)基本的配合比將原材料混合，放入到攪拌容器內(nèi)進(jìn)行低速攪拌，待攪拌3 min后，加入拌和用的水，然后在對(duì)混凝土進(jìn)行高速攪拌。將攪拌后的磷酸鎂水泥漿放入振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行密實(shí)，制成20 mm×20 mm×20 mm大小的試件。

在試件制備完成后，將其放在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度分別保持在（20±2）℃和（50±5）%的環(huán)境中。

1.3 ?試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

為進(jìn)一步探討經(jīng)硅酸鹽改性后的磷酸鹽水泥的性能，本文結(jié)合磷酸鹽水泥性能評(píng)價(jià)的相關(guān)要求，選擇抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度保留系數(shù)作為本文評(píng)定性能的指標(biāo)。

1.3.1 ?抗壓強(qiáng)度測(cè)定

對(duì)抗壓強(qiáng)度的測(cè)定，選取以上制備的20 mm×20 mm×20 mm的混凝土試件，將其放在壓力測(cè)試機(jī)上，并以0.3 kN/s的速率對(duì)試件進(jìn)行均勻加載，分別記錄在不同齡期下試件破壞的力，從而計(jì)算抗壓強(qiáng)度。計(jì)算公式為[4]：

1.3.2 ?強(qiáng)度保留率

傳統(tǒng)的針對(duì)耐水性的測(cè)量中，是采用質(zhì)量損失率來衡量。[4]但是考慮到采用質(zhì)量損失率測(cè)量的精度不高的問題，本文則采用強(qiáng)度保留率來進(jìn)行衡量。強(qiáng)度保留系數(shù)越高，則認(rèn)為混凝土試件的耐水性能越好，反之其耐水性越差。具體的計(jì)算為[5]：

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?試配比設(shè)計(jì)

根據(jù)以上的試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法配置磷酸鹽水泥試件，而在本文中，為進(jìn)一步的得到不同因素對(duì)磷酸鎂水泥性能的影響，采用單摻和復(fù)摻的方式對(duì)影響因素進(jìn)行探討。具體的思路是在其他條件不變的情況下，研究粉煤灰摻量和硅酸鹽水泥摻量對(duì)磷酸鹽水泥的影響。同時(shí)設(shè)定減水劑的摻量為2%，膠砂比設(shè)定為1：1，硼砂摻量為3%。具體試配比方案見表2所示。

2.2 ?分析與討論

2.2.1 ?單摻粉煤灰對(duì)磷酸鹽水泥試件抗壓強(qiáng)度影響

通過單摻的方式，設(shè)定不同的粉煤灰摻入量，同時(shí)根據(jù)公式（1）的計(jì)算，得到在不同摻量下的水泥試件的抗壓強(qiáng)度。通過測(cè)定可知，在相同摻量的情況下，磷酸鹽水泥試件的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加而不斷的增加;而在相同齡期下，隨著粉煤灰摻量的增加，其抗壓強(qiáng)度是先增加，此后減少。具體的測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

通過上述的測(cè)試結(jié)果看出，隨著粉煤灰摻量的增加，當(dāng)粉煤灰的摻量在10%的情況下，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，此后隨著粉煤灰摻量增加，其抗壓強(qiáng)度也下降。造成以上結(jié)果的一個(gè)重要原因，部分學(xué)者認(rèn)為是因?yàn)樵诜勖夯抑泻蠧aO、SiO2等氧化物，這些氧化物的的反應(yīng)能力與MgO相比，相對(duì)較弱[6]。而在早期情況下，這些氧化物會(huì)和MgO儀器參加凝結(jié)反應(yīng)，并形成水化物，最終填充了混凝土中的孔隙，使得混凝土試件變得更加的密實(shí)。因此，在單摻的情況下，加入10%的粉煤灰，其抗壓強(qiáng)度最大。

2.2.2 ?粉煤灰單摻對(duì)耐水性的影響

部分學(xué)者研究認(rèn)為，磷酸鎂水泥的耐水性之所以差，以主要的原因是磷酸鎂在水化反應(yīng)的過程中，其產(chǎn)生的物質(zhì)均會(huì)溶解，比較典型的就是水化物中的NH4H2PO4，其溶解度通常很大。經(jīng)日積月累的溶解后，溶液呈現(xiàn)為酸性，進(jìn)而進(jìn)一步的促進(jìn)了凝膠體的溶解，最終減少了混凝土孔隙中的水化物。而部分學(xué)者通過研究認(rèn)為，粉煤灰可在一定程度上改善酸性的環(huán)境，一個(gè)重要的原因是在粉煤灰中，CaO、SiO2等氧化物與水化物產(chǎn)生了反應(yīng)，消耗掉了其中的NH4H2PO4，從而在一定程度上消耗了其中的磷酸鹽，同時(shí)粉煤灰進(jìn)入到混凝土中的孔隙，也在很大程度上提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。而通過對(duì)強(qiáng)度保留系數(shù)的測(cè)定，可以得到表3所示的結(jié)果[5]。

通過上述的結(jié)果看出，隨著粉煤灰摻量的增大，其強(qiáng)度保留系數(shù)是先增大時(shí)，此后降低，并在10%的情況下，強(qiáng)度保留系數(shù)最大。

2.2.3 ?單摻硅酸鹽水泥下的抗壓強(qiáng)度影響

在單摻的情況下，得到在10%的摻量下，其抗壓強(qiáng)度比不摻和各摻量都要高。同時(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，其抗壓強(qiáng)度都呈現(xiàn)出逐步升高的走勢(shì)。齡期在1～28 d的過程中，摻量在10%～30%的情況下，其抗壓強(qiáng)度升高很快，但是在40%～50%之間的情況下，其抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)就變得緩慢。具體結(jié)果見圖2所示。

2.2.4 ?單摻硅酸鹽水泥下的耐水性

通過單摻不同摻量的硅酸鹽水泥，可以得到表4所示的強(qiáng)度保留系數(shù)。

通過表4的結(jié)果得出，在不摻硅酸鹽水泥的情況下，得到的磷酸鹽水泥試件的強(qiáng)度保留系數(shù)僅為0.63，同時(shí)在10%的硅酸鹽水泥情況下，其強(qiáng)度保留系數(shù)為0.91，說明在通過一段試件的浸泡，混凝土試件的抗壓強(qiáng)度在該比例下減少最少，并且在加入硅酸鹽水泥后，其強(qiáng)度保留系數(shù)大部分都要高于不摻情況下的強(qiáng)度保留系數(shù)。說明摻入硅酸鹽水泥可提高試件的耐水性。而所以會(huì)提高耐水性，是在加入硅酸鹽水泥后，與磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)，從而形成了磷酸鈣產(chǎn)物，消耗掉了其中的部分磷酸鹽，防止了進(jìn)一步水化。

2.2.5 ?復(fù)摻下對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

在本文中，同時(shí)摻入硅酸鹽水泥和粉煤灰，并通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法得到其抗壓強(qiáng)度，結(jié)果表明，隨著粉煤灰+硅酸鹽水泥摻量的增加，其抗壓強(qiáng)度也不斷的提高，并且先增大后減小，與單摻下的變化趨勢(shì)一致。具體得到如圖3所示的結(jié)果。

而通過圖3也可以看出，在同一齡期對(duì)比的情況下，粉煤灰+硅酸鹽水泥摻量在10%的情況下，其抗壓強(qiáng)度最高，此后隨著摻量的增加，其增長(zhǎng)也相對(duì)較小。

2.2.6 ?復(fù)摻下的耐水性影響

通過耐水性測(cè)試，得到表5所示的強(qiáng)度保留系數(shù)。

通過上述的結(jié)果表明，隨著硅酸鹽水泥+粉煤灰摻量的增加，其強(qiáng)度保留系數(shù)先增加，后減小的變化趨勢(shì)。而與不摻的情況相比，任何摻量下的強(qiáng)度保留系數(shù)都要大于不摻的情況，說明復(fù)摻提高了耐水性。

3 ?結(jié) 論

通過以上的研究得出，粉煤灰和硅酸鹽水泥的摻入，可提高磷酸鹽水泥試件的抗壓強(qiáng)度和耐水性。而在本試驗(yàn)下，在復(fù)摻情況下，粉煤灰+硅酸鹽水泥的摻量在10%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度和耐水性能最佳;在單摻的情況下，粉煤灰或硅酸鹽水泥的摻量在10%時(shí)，其強(qiáng)度和耐水性最佳。

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