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(chēng)量計(jì)算好的原材料。其次將稱(chēng)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。