不同掺合料改性磷酸盐水泥的试验研究

    裴挫萍

    

    

    

    摘 ?????要：针对当前传统混凝土修补中对修补材料性能的要求，结合当前的磷酸盐水泥的性能，利用硅酸盐水泥对传统的磷酸盐水泥进行改性，以提高磷酸盐水泥的性能。对此，以抗压强度和耐水性作为评价指标，通过单掺和复掺的方式，得到当粉煤灰+硅酸盐水泥掺入量在10%的情况时，其抗压强度最大，耐水性都最佳，说明改性可提高磷酸盐水泥试件的性能。

    关 ?键 ?词：硅酸盐水泥;磷酸盐;单掺;抗压强度;耐水性

    中图分类号：TU 502 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 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

    隨着经济建设的加快，各种高楼大厦、桥梁工程、隧道等开始大量修建，从而使得混凝土的需求大增。但是，在很多桥梁隧道、路基工程等修建完成以后，混凝土会经历长年累月的侵蚀和破坏，从而给当前的建筑工程带来极大的破坏。此外，由于部分建筑在设计和施工的过程中，因为图纸、施工等存在的缺陷，也会造成混凝土出现裂缝、空洞等多种问题，进而严重的影响着工程建设的质量。为了弥补传统设计和施工中出现的这类问题，对混凝土进行修补，成为当前思考和研究的重点。而在众多的修补材料中，无机类的修补材料凭借其经济性和适应性，成为当前比较热门的一类修补材料。与此同时，作为修补材料的磷酸镁水泥，借助其快速凝结，以及较高的强度，同时与旧混凝土的高强度粘接，以及其耐磨性和抗冻性，被广泛的应用在修补材料中[1-3]。然而通过研究表明，磷酸镁水泥也存在一个非常突出的问题，那就是其耐水性能相对较差，同时造价也非常的昂贵。对此，如何对传统的磷酸镁水泥进行改性，以改变其性能，提高其耐水性，是本文探讨的重点。

    1 ?实验部分

    1.1 ?试验原材料

    本文试验的主要目的是探讨不同因素对硅酸盐改性后的性能的影响。而结合混凝土制备的基本材料，选取氧化镁等作为本文试验的主要原材料。具体明细见表1所示。

    1.2 ?试验方法

    在对混凝土试件进行制备中，首先按照上述选取的原材料，根据基本的配合比将原材料混合，放入到搅拌容器内进行低速搅拌，待搅拌3 min后，加入拌和用的水，然后在对混凝土进行高速搅拌。将搅拌后的磷酸镁水泥浆放入振动台进行密实，制成20 mm×20 mm×20 mm大小的试件。

    在试件制备完成后，将其放在养护室内进行养护，养护的温度和湿度分别保持在（20±2）℃和（50±5）%的环境中。

    1.3 ?试验评价指标

    为进一步探讨经硅酸盐改性后的磷酸盐水泥的性能，本文结合磷酸盐水泥性能评价的相关要求，选择抗压强度和强度保留系数作为本文评定性能的指标。

    1.3.1 ?抗压强度测定

    对抗压强度的测定，选取以上制备的20 mm×20 mm×20 mm的混凝土试件，将其放在压力测试机上，并以0.3 kN/s的速率对试件进行均匀加载，分别记录在不同龄期下试件破坏的力，从而计算抗压强度。计算公式为[4]：

    1.3.2 ?强度保留率

    传统的针对耐水性的测量中，是采用质量损失率来衡量。[4]但是考虑到采用质量损失率测量的精度不高的问题，本文则采用强度保留率来进行衡量。强度保留系数越高，则认为混凝土试件的耐水性能越好，反之其耐水性越差。具体的计算为[5]：

    2 ?结果与分析

    2.1 ?试配比设计

    根据以上的试验原材料和试验方法配置磷酸盐水泥试件，而在本文中，为进一步的得到不同因素对磷酸镁水泥性能的影响，采用单掺和复掺的方式对影响因素进行探讨。具体的思路是在其他条件不变的情况下，研究粉煤灰掺量和硅酸盐水泥掺量对磷酸盐水泥的影响。同时设定减水剂的掺量为2%，胶砂比设定为1：1，硼砂掺量为3%。具体试配比方案见表2所示。

    2.2 ?分析与讨论

    2.2.1 ?单掺粉煤灰对磷酸盐水泥试件抗压强度影响

    通过单掺的方式，设定不同的粉煤灰掺入量，同时根据公式（1）的计算，得到在不同掺量下的水泥试件的抗压强度。通过测定可知，在相同掺量的情况下，磷酸盐水泥试件的抗压强度随着龄期的增加而不断的增加;而在相同龄期下，随着粉煤灰掺量的增加，其抗压强度是先增加，此后减少。具体的测试结果如图1所示。

    通过上述的测试结果看出，随着粉煤灰掺量的增加，当粉煤灰的掺量在10%的情况下，其抗压强度达到最大，此后随着粉煤灰掺量增加，其抗压强度也下降。造成以上结果的一个重要原因，部分学者认为是因为在粉煤灰中含有CaO、SiO2等氧化物，这些氧化物的的反应能力与MgO相比，相对较弱[6]。而在早期情况下，这些氧化物会和MgO仪器参加凝结反应，并形成水化物，最终填充了混凝土中的孔隙，使得混凝土试件变得更加的密实。因此，在单掺的情况下，加入10%的粉煤灰，其抗压强度最大。

    2.2.2 ?粉煤灰单掺对耐水性的影响

    部分学者研究认为，磷酸镁水泥的耐水性之所以差，以主要的原因是磷酸镁在水化反应的过程中，其产生的物质均会溶解，比较典型的就是水化物中的NH4H2PO4，其溶解度通常很大。经日积月累的溶解后，溶液呈现为酸性，进而进一步的促进了凝胶体的溶解，最终减少了混凝土孔隙中的水化物。而部分学者通过研究认为，粉煤灰可在一定程度上改善酸性的环境，一个重要的原因是在粉煤灰中，CaO、SiO2等氧化物与水化物产生了反应，消耗掉了其中的NH4H2PO4，从而在一定程度上消耗了其中的磷酸盐，同时粉煤灰进入到混凝土中的孔隙，也在很大程度上提高了混凝土的抗压强度。而通过对强度保留系数的测定，可以得到表3所示的结果[5]。

    通过上述的结果看出，随着粉煤灰掺量的增大，其强度保留系数是先增大时，此后降低，并在10%的情况下，强度保留系数最大。

    2.2.3 ?单掺硅酸盐水泥下的抗压强度影响

    在单掺的情况下，得到在10%的掺量下，其抗压强度比不掺和各掺量都要高。同时，随着养护龄期的增长，其抗压强度都呈现出逐步升高的走势。龄期在1～28 d的过程中，掺量在10%～30%的情况下，其抗压强度升高很快，但是在40%～50%之间的情况下，其抗压强度增长就变得缓慢。具体结果见图2所示。

    2.2.4 ?单掺硅酸盐水泥下的耐水性

    通过单掺不同掺量的硅酸盐水泥，可以得到表4所示的强度保留系数。

    通过表4的结果得出，在不掺硅酸盐水泥的情况下，得到的磷酸盐水泥试件的强度保留系数仅为0.63，同时在10%的硅酸盐水泥情况下，其强度保留系数为0.91，说明在通过一段试件的浸泡，混凝土试件的抗压强度在该比例下减少最少，并且在加入硅酸盐水泥后，其强度保留系数大部分都要高于不掺情况下的强度保留系数。说明掺入硅酸盐水泥可提高试件的耐水性。而所以会提高耐水性，是在加入硅酸盐水泥后，与磷酸盐发生反應，从而形成了磷酸钙产物，消耗掉了其中的部分磷酸盐，防止了进一步水化。

    2.2.5 ?复掺下对抗压强度的影响

    在本文中，同时掺入硅酸盐水泥和粉煤灰，并通过抗压强度试验方法得到其抗压强度，结果表明，随着粉煤灰+硅酸盐水泥掺量的增加，其抗压强度也不断的提高，并且先增大后减小，与单掺下的变化趋势一致。具体得到如图3所示的结果。

    而通过图3也可以看出，在同一龄期对比的情况下，粉煤灰+硅酸盐水泥掺量在10%的情况下，其抗压强度最高，此后随着掺量的增加，其增长也相对较小。

    2.2.6 ?复掺下的耐水性影响

    通过耐水性测试，得到表5所示的强度保留系数。

    通过上述的结果表明，随着硅酸盐水泥+粉煤灰掺量的增加，其强度保留系数先增加，后减小的变化趋势。而与不掺的情况相比，任何掺量下的强度保留系数都要大于不掺的情况，说明复掺提高了耐水性。

    3 ?结 论

    通过以上的研究得出，粉煤灰和硅酸盐水泥的掺入，可提高磷酸盐水泥试件的抗压强度和耐水性。而在本试验下，在复掺情况下，粉煤灰+硅酸盐水泥的掺量在10%时，其抗压强度和耐水性能最佳;在单掺的情况下，粉煤灰或硅酸盐水泥的掺量在10%时，其强度和耐水性最佳。

    参考文献：

    [1]齐召庆，汪宏涛，徐哲. 磷酸镁水泥研究进展[J]. 四川兵工学报，2015，36（12）：109-113+129.

    [2] 谭洪波，林超亮，马保国，戚长亚，李信，饶崇升. 磷酸盐对普通硅酸盐水泥早期水化的影响[J]. 武汉理工大学学报，2015，37（02）：1-4.

    [3] 高瑞，宋学锋，张县云，吴刚. 不同磷酸盐对磷酸镁水泥水化硬化性能的影响[J]. 硅酸盐通报，2014，33（02）：346-350.

    [4]李悦，施同飞. 磷酸镁水泥的耐久性研究现状[J]. 工业建筑，2014，44（S1）：901-903.

    [5] 吴凯，叶钰燕，施惠生，居正慧. 钢渣对磷酸盐水泥基材料性能的影响机制[J]. 同济大学学报（自然科学版），2018，46（01）：87-93.

    [6] 姜自超，张时豪，丁建华，戴丰乐. 磷酸镁水泥基材料渗透性研究现状[J]. 当代化工，2017，46（03）：514-516.