不同摻合料改性磷酸鹽水泥的試驗研究

裴挫萍

摘 ?????要：針對當前傳統混凝土修補中對修補材料性能的要求，結合當前的磷酸鹽水泥的性能，利用硅酸鹽水泥對傳統的磷酸鹽水泥進行改性，以提高磷酸鹽水泥的性能。對此，以抗壓強度和耐水性作為評價指標，通過單摻和復摻的方式，得到當粉煤灰+硅酸鹽水泥摻入量在10%的情況時，其抗壓強度最大，耐水性都最佳，說明改性可提高磷酸鹽水泥試件的性能。

關 ?鍵 ?詞：硅酸鹽水泥;磷酸鹽;單摻;抗壓強度;耐水性

中圖分類號：TU 502 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 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

隨著經濟建設的加快，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，混凝土會經歷長年累月的侵蝕和破壞，從而給當前的建筑工程帶來極大的破壞。此外，由于部分建筑在設計和施工的過程中，因為圖紙、施工等存在的缺陷，也會造成混凝土出現裂縫、空洞等多種問題，進而嚴重的影響著工程建設的質量。為了彌補傳統設計和施工中出現的這類問題，對混凝土進行修補，成為當前思考和研究的重點。而在眾多的修補材料中，無機類的修補材料憑借其經濟性和適應性，成為當前比較熱門的一類修補材料。與此同時，作為修補材料的磷酸鎂水泥，借助其快速凝結，以及較高的強度，同時與舊混凝土的高強度粘接，以及其耐磨性和抗凍性，被廣泛的應用在修補材料中[1-3]。然而通過研究表明，磷酸鎂水泥也存在一個非常突出的問題，那就是其耐水性能相對較差，同時造價也非常的昂貴。對此，如何對傳統的磷酸鎂水泥進行改性，以改變其性能，提高其耐水性，是本文探討的重點。

1 ?實驗部分

1.1 ?試驗原材料

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

1.2 ?試驗方法

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

在試件制備完成后，將其放在養護室內進行養護，養護的溫度和濕度分別保持在（20±2）℃和（50±5）%的環境中。

1.3 ?試驗評價指標

為進一步探討經硅酸鹽改性后的磷酸鹽水泥的性能，本文結合磷酸鹽水泥性能評價的相關要求，選擇抗壓強度和強度保留系數作為本文評定性能的指標。

1.3.1 ?抗壓強度測定

對抗壓強度的測定，選取以上制備的20 mm×20 mm×20 mm的混凝土試件，將其放在壓力測試機上，并以0.3 kN/s的速率對試件進行均勻加載，分別記錄在不同齡期下試件破壞的力，從而計算抗壓強度。計算公式為[4]：

1.3.2 ?強度保留率

傳統的針對耐水性的測量中，是采用質量損失率來衡量。[4]但是考慮到采用質量損失率測量的精度不高的問題，本文則采用強度保留率來進行衡量。強度保留系數越高，則認為混凝土試件的耐水性能越好，反之其耐水性越差。具體的計算為[5]：

2 ?結果與分析

2.1 ?試配比設計

根據以上的試驗原材料和試驗方法配置磷酸鹽水泥試件，而在本文中，為進一步的得到不同因素對磷酸鎂水泥性能的影響，采用單摻和復摻的方式對影響因素進行探討。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磷酸鹽水泥的影響。同時設定減水劑的摻量為2%，膠砂比設定為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 ?單摻粉煤灰對磷酸鹽水泥試件抗壓強度影響

通過單摻的方式，設定不同的粉煤灰摻入量，同時根據公式（1）的計算，得到在不同摻量下的水泥試件的抗壓強度。通過測定可知，在相同摻量的情況下，磷酸鹽水泥試件的抗壓強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，其抗壓強度是先增加，此后減少。具體的測試結果如圖1所示。

通過上述的測試結果看出，隨著粉煤灰摻量的增加，當粉煤灰的摻量在10%的情況下，其抗壓強度達到最大，此后隨著粉煤灰摻量增加，其抗壓強度也下降。造成以上結果的一個重要原因，部分學者認為是因為在粉煤灰中含有CaO、SiO2等氧化物，這些氧化物的的反應能力與MgO相比，相對較弱[6]。而在早期情況下，這些氧化物會和MgO儀器參加凝結反應，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。因此，在單摻的情況下，加入10%的粉煤灰，其抗壓強度最大。

2.2.2 ?粉煤灰單摻對耐水性的影響

部分學者研究認為，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的過程中，其產生的物質均會溶解，比較典型的就是水化物中的NH4H2PO4，其溶解度通常很大。經日積月累的溶解后，溶液呈現為酸性，進而進一步的促進了凝膠體的溶解，最終減少了混凝土孔隙中的水化物。而部分學者通過研究認為，粉煤灰可在一定程度上改善酸性的環境，一個重要的原因是在粉煤灰中，CaO、SiO2等氧化物與水化物產生了反應，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，同時粉煤灰進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度。而通過對強度保留系數的測定，可以得到表3所示的結果[5]。

通過上述的結果看出，隨著粉煤灰摻量的增大，其強度保留系數是先增大時，此后降低，并在10%的情況下，強度保留系數最大。

2.2.3 ?單摻硅酸鹽水泥下的抗壓強度影響

在單摻的情況下，得到在10%的摻量下，其抗壓強度比不摻和各摻量都要高。同時，隨著養護齡期的增長，其抗壓強度都呈現出逐步升高的走勢。齡期在1～28 d的過程中，摻量在10%～30%的情況下，其抗壓強度升高很快，但是在40%～50%之間的情況下，其抗壓強度增長就變得緩慢。具體結果見圖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所示的強度保留系數。

通過表4的結果得出，在不摻硅酸鹽水泥的情況下，得到的磷酸鹽水泥試件的強度保留系數僅為0.63，同時在10%的硅酸鹽水泥情況下，其強度保留系數為0.91，說明在通過一段試件的浸泡，混凝土試件的抗壓強度在該比例下減少最少，并且在加入硅酸鹽水泥后，其強度保留系數大部分都要高于不摻情況下的強度保留系數。說明摻入硅酸鹽水泥可提高試件的耐水性。而所以會提高耐水性，是在加入硅酸鹽水泥后，與磷酸鹽發生反應，從而形成了磷酸鈣產物，消耗掉了其中的部分磷酸鹽，防止了進一步水化。

2.2.5 ?復摻下對抗壓強度的影響

在本文中，同時摻入硅酸鹽水泥和粉煤灰，并通過抗壓強度試驗方法得到其抗壓強度，結果表明，隨著粉煤灰+硅酸鹽水泥摻量的增加，其抗壓強度也不斷的提高，并且先增大后減小，與單摻下的變化趨勢一致。具體得到如圖3所示的結果。

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

2.2.6 ?復摻下的耐水性影響

通過耐水性測試，得到表5所示的強度保留系數。

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

3 ?結 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度和耐水性。而在本試驗下，在復摻情況下，粉煤灰+硅酸鹽水泥的摻量在10%時，其抗壓強度和耐水性能最佳;在單摻的情況下，粉煤灰或硅酸鹽水泥的摻量在10%時，其強度和耐水性最佳。

參考文獻：

[1]齊召慶，汪宏濤，徐哲. 磷酸鎂水泥研究進展[J]. 四川兵工學報，2015，36（12）：109-113+129.

[2] 譚洪波，林超亮，馬保國，戚長亞，李信，饒崇升. 磷酸鹽對普通硅酸鹽水泥早期水化的影響[J]. 武漢理工大學學報，2015，37（02）：1-4.

[3] 高瑞，宋學鋒，張縣云，吳剛. 不同磷酸鹽對磷酸鎂水泥水化硬化性能的影響[J]. 硅酸鹽通報，2014，33（02）：346-350.

[4]李悅，施同飛. 磷酸鎂水泥的耐久性研究現狀[J]. 工業建筑，2014，44（S1）：901-903.

[5] 吳凱，葉鈺燕，施惠生，居正慧. 鋼渣對磷酸鹽水泥基材料性能的影響機制[J]. 同濟大學學報（自然科學版），2018，46（01）：87-93.

[6] 姜自超，張時豪，丁建華，戴豐樂. 磷酸鎂水泥基材料滲透性研究現狀[J]. 當代化工，2017，46（03）：514-516.