磷酸鎂水泥砂漿配合比研究

◎曹瑞東 王 麗 許澤岷 郝志華

（1.山西大學土木工程系；2.山西大學工程管理系，太原030024）

磷酸鎂水泥砂漿作為一種新型水泥基材料，具有快硬早強、黏結性能好、受溫度影響小等特點，可作為快速修補劑，廣泛應用于機場面道、橋涵、軍事陣地等搶修工程，國內外學者進行了眾多的研究[1-4]，如硼砂摻量的影響[5-6]，磷酸二氫銨和氧化鎂質量比（P/M）的影響[7]，水膠比（W/B）的影響[8-9]等。但磷酸鎂水泥原材料地區差異性大，依靠已有研究尚不能很好歸納出磷酸鎂水泥砂漿最佳配合比規律。本文從磷酸鎂水泥的基本性能出發，就硼砂摻量、磷酸二氫銨和氧化鎂質量比（P/M）、水膠比（W/B）進行實驗研究，確定了磷酸鎂水泥砂漿的最佳配合比。

1 試驗內容

1.1 原材料及其配合比

磷酸鎂水泥砂漿(簡稱MPC)主要包括：氧化鎂粉（MgO，簡稱M），平均粒徑75μm；磷酸二氫銨（NH4H2PO4，簡稱：N）、硼砂和三聚磷酸鈉均為化學分析純，純度均為98%；骨料為中砂。以下表1-表3 為基本配合比。A 組試驗研究硼砂摻量對磷酸鎂水泥砂漿的影響，B 組試驗研究（P／M）對磷酸鎂水泥砂漿的影響，C 組試驗研究（W／B）對磷酸鎂水泥砂漿的影響。

表1 硼砂的影響

表2 （P／M）的影響

表3 （W／B）的影響

1.2 試驗方法

先將氧化鎂、磷酸二氫銨、硼砂、三聚磷酸鈉和中砂倒入攪拌鍋中攪拌均勻，然后加水攪拌90 秒，隨后對攪拌好的砂漿測試流動度，然后裝入40mm×40mm×40mm 模具中，放在振動臺上振實，在自然條件下養護到設定齡期之后拆模。流動度測試方法依據《水泥膠砂流動度測定方法》（GB／T2419-2005），采用NLD-3 型水泥膠砂流動度測定儀對MPC 漿體的流動度進行測試；強度測試方法依據《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB／T17671-1999），采用TYE-300 型壓力測試機對MPC 漿體的抗壓強度進行測試，測試齡期分別為1h、1d、3d、7d、28d 的抗壓強度值。

2 結果與討論

2.1 硼砂摻量的影響

圖1 表示硼砂摻量對砂漿流動度的影響。從圖1 可知，磷酸鎂水泥砂漿均有良好的流動度，砂漿的流動度隨著硼砂摻量的增加而增大，流動度依次為190mm、201mm、218mm、238mm。

圖2 所示為不同硼砂摻量對磷酸鎂水泥砂漿強度的影響。由圖2 可以看出，所有試件隨著齡期發展強度發展規律基本類似，在1h-1d 強度急劇增長，1d-3d 強度基本不變，3d-28d 強度大幅增長。在其他摻量不變的情況下，隨著硼砂摻量的增加，砂漿早期強度越來越低；對于28d 強度，也有相同規律。可見，隨著硼砂摻量的增加，磷酸鎂水泥砂漿早期強度及后期強度均會降低，這是因為硼砂抑制了氧化鎂的溶解，使水化產物相對減少。

綜合考慮強度及流動性，硼砂摻量為2.15%為最優選項。

2.2 磷酸二氫銨與氧化鎂質量比（P／M）的影響

在優選A3 組的基礎上，改變NH4H2PO4與MgO 的質量比（P／M），研究其對磷酸鎂水泥砂漿力學性能及流動性的影響。

圖1 硼砂摻量對磷酸鎂水泥砂漿流動度的影響

圖2 硼砂摻量對磷酸鎂水泥砂漿強度的影響

圖3 表示（P／M）對砂漿流動度的影響。由圖3 可知，隨著（P／M）的增加，磷酸鎂水泥砂漿流動度增大。B1 組氧化鎂含量少，導致凝結時間縮短，流動度低，為150mm；B2、B3 組流動度接近，分別為203mm、212mm。

圖4 所示為（P／M）對磷酸鎂水泥砂漿抗壓強度的影響。由圖4 可以看出：（P／M）的改變，能明顯影響磷酸鎂水泥砂漿的強度發展趨勢。當（P／M）為0.25 時，磷酸鎂水泥砂漿的強度隨著齡期的增長基本呈直線狀態；當（P／M）為0.27 和0.3時，硫酸鎂水泥砂漿強度隨著時間增長呈不斷增長的趨勢，而（P／M）為0.3 的整體強度好于（P／M）為0.27 的整體強度。（P／M）比值可能在0.25-0.27間有個閾值，可以使磷酸鎂水泥砂漿強度發展呈現不同的趨勢。

圖3 （P／M）對磷酸鎂水泥砂漿流動度的影響

圖4 （P／M）對磷酸鎂水泥砂漿強度的影響

2.3 水膠比（W／B）的影響

本實驗采用4 個水膠比：0.14/0.15/0.16/0.17，研究水膠比（W／B）對磷酸鎂水泥砂漿性能的影響。

圖5 表示（W／B）對砂漿流動度的影響。由圖5 可知，隨著（W／B）的增加，磷酸鎂水泥砂漿的流動度逐漸增大。當（W／B）為0.14 時，流動度為100mm；當（W／B）為0.15 時，流動度為203mm；當（W／B）為0.16 時，流動度為219mm；當（W／B）為0.17 時，流動度為249mm。

圖6 所示為（W／B）對磷酸鎂水泥砂漿抗壓強度的影響。從圖6 可以看出：（W／B）為0.14 時，整體強度最低，原因是砂漿流動度不足，成型過程中孔隙太多；當（W／B）＞0.14 時，1h 強度均大于40MPa，并隨著（W／B）的增大，1h 強度逐漸降低，各水灰比試件強度隨著齡期增長而增長；28d時，水膠比為0.16 強度最好、水膠比為0.15 次之、水膠比為0.17 再次、水膠比0.14 強度最差。這是由于水分的增加使磷酸鎂在水泥反應物的濃度下降，孔隙率增大，從而降低了砂漿強度。

圖5 （W／B）對磷酸鎂水泥砂漿流動度的影響

圖6 （W／B）對磷酸鎂水泥砂漿強度的影響

3 結論

（1）磷酸鎂水泥砂漿的強度隨著硼砂摻量、（W／B）的增加而減小，隨著（P／M）的增加而增大；流動度隨著硼砂摻量、（P／M）、（W／B）的增加而增大。

（2）在試驗范圍內，硼砂摻量為2.15%、（P／M）為0.3%、（W／B）為0.16%時，試件的流動性及強度為最佳。