摘要：磷酸鎂水泥作為一種新型的膠凝材料，具有初凝時間早、早期強度高、粘合強度及耐久性好等優(yōu)點，其工程應(yīng)用明顯增加。然而不同配比對磷酸鎂水泥砂漿力學(xué)性能有不同影響，本文將分析高溫作用后磷酸鎂水泥砂漿試件的外觀特征及抗壓強度變化規(guī)律，選擇凝結(jié)時間較長、抗壓強度較高的水泥砂漿試件配比，并在此基礎(chǔ)上研究磷酸鎂混凝土的相關(guān)特性。

　　關(guān)鍵詞：磷酸鎂,水泥砂漿,高溫,力學(xué)性能

　　雖然水泥砂漿材料在工程建設(shè)中已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)其在高溫或局部高溫環(huán)境中應(yīng)用時，其性能往往遭到嚴(yán)重的破壞。磷酸鎂水泥作為一種新型的膠凝材料，其在常溫作用下具有初凝時間早、早期強度高、粘合強度及耐久性好等優(yōu)點，然而高溫作用后的力學(xué)性能尚缺乏相關(guān)研究。為此作者通過相關(guān)實驗對水泥砂漿的在高溫作用后的抗壓強度這一最基本、最重要的一項力學(xué)性能進行了實驗，得到其相關(guān)的規(guī)律，為之后磷酸鎂混凝土的研究及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).

　　1 常溫下力學(xué)性能呢過試驗研究

　　1.1試件原材料

　　1. MgO由濟南魯東耐火材料有限公司提供

　　2. 磷酸二氫鉀：工業(yè)級，含量98%，直接從市場購買。

　　3. 緩凝劑：磷酸鹽水泥的緩凝劑有多聚磷酸鈉、硼酸及硼砂等，而硼砂是磷酸鎂水泥系統(tǒng)中一種最有效的緩凝劑，但其反應(yīng)機理尚需進一步研究。本實驗采用硼砂作為磷酸鹽水泥的緩凝劑。硼砂工業(yè)級，白色晶體，直接從市場購買。

　　1.2試驗儀器與試驗過程

　　磷酸鎂水泥砂漿實驗采用上海新三思計量儀器制造有限公司生產(chǎn)的微機控制電液伺服萬能實驗機、抗折強度壓力機、水泥稠度凝結(jié)時間測定儀、水泥膠砂攪拌機等。

　　1. 將水泥膠砂攪拌機砂罐內(nèi)裝入1350g標(biāo)準(zhǔn)砂，根據(jù)不同的配比稱取相應(yīng)的氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂和水。

　　2. 將大約500g攪拌好的磷酸鎂水泥砂漿放入圓模中，然后用砂漿凝結(jié)時間測定儀測定其初凝時間，并用秒表記錄下從起始時間到初凝所用的時間t(min)。

　　3. 將過程1中攪拌好的大約2000g磷酸鎂水泥砂漿倒入鋼模中，每個配比制作3條 的磷酸鎂水泥砂漿試件。

　　4. 將制作好的水泥砂漿試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護。

　　5. 對按照要求養(yǎng)護的試件進行抗折、抗壓強度測試，每個配比的試件測試兩個，并記錄所有實驗結(jié)果。

　　通過測試不同配比的磷酸鎂水泥砂漿試件的凝結(jié)時間和抗壓強度，挑選出凝結(jié)時間大于20分鐘及1天抗壓強度大于20 MPa的磷酸鎂水泥砂漿試件的配比。

　　1.3磷酸鎂水泥砂漿凝結(jié)時間及抗壓強度測定

　　選擇以下4個配比制作磷酸鎂水泥砂漿試件，尺寸為 ，測定其凝結(jié)時間。將磷酸鎂水泥砂漿試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護1天后，測定其抗折、抗壓強度。

　　配比1：氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂的質(zhì)量比100:85:5

　　配比2：氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂的質(zhì)量比140:40:7

　　配比3：氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂的質(zhì)量比100:85:7

　　配比4：氧化鎂、磷酸二氫鉀、硼砂的質(zhì)量比100:85:10

　　用水量：水灰比約為0.1～0.15，根據(jù)實際情況進行適量調(diào)整。這里“灰”指氧化鎂、磷酸二氫鉀和硼砂的總質(zhì)量。

　　從表中可以看出，S91-A、 S97-A在配比1的條件下初凝時間大于20min，明顯優(yōu)于其他種類的氧化鎂。與配比1比較，S97-A采用配比2后，初凝時間從21min縮短為15min，比較兩種配比，僅是減少了磷酸二氫鉀的用量。可見，磷酸二氫鉀與氧化鎂的比例對于初凝時間也有很大的影響。采用配比3，S91-A的初凝時間為49min，比采用配比1的時間有所延長，原因是配比3的硼砂比例有所提高。

　　相關(guān)資料表明，影響砂漿試件強度和凝結(jié)時間的主要因素有砂灰比S/B、硼砂與氧化鎂的比、氧化鎂與磷酸二氫鉀的比M/P、水灰比W/B等。并且配上細骨料以后，磷酸鎂水泥工作性能良好，特別是抗壓性能良好，可以繼續(xù)配制磷酸鎂混凝土試件。

　　1.4磷酸鎂水泥砂漿試件的抗壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

　　通過對磷酸鎂水泥砂漿試件的抗壓強度實驗，特別是對于試件破壞過程以及應(yīng)力-應(yīng)變曲線的分析，觀察磷酸鎂水泥砂漿試件的力學(xué)性能。實驗結(jié)果如下：

　　1. S91-A:S91-B=4:1砂漿試件的7d抗壓強度，配比100:85:5，水灰比為0.2。見表3-1、如圖3.1所示。

 

　　2. S97-A砂漿試件的7d抗壓強度，配比100:85:5，水灰比為0.2。見表2-4、如圖2.2所示。

　　試件位移隨著力的增大而增長，大致可以分為四個階段，第一階段，力從0KN加載到5KN，的直線段，稱為初始階段。在本階段，由于試件比較密實，試件位移發(fā)展較緩慢，開始出現(xiàn)微小的裂縫。第二階段，隨著力的增大，位移繼續(xù)發(fā)展，裂縫也進一步發(fā)展，相對于力的增加，位移發(fā)展速率加快，稱為緩沖階段。第三階段，曲線的斜率明顯增大，加壓速率明顯加快，隨著力的增加，位移的增加放緩，稱為強化階段。第四階段，水泥砂漿試件表面裂縫貫通，且局部有壓碎的現(xiàn)象，荷載達到峰值，即試件達到了極限抗壓強度，稱為破壞階段。

　　高溫后磷酸鎂砂漿

　　2高溫后力學(xué)性能試驗研究

　　2.1 試件加載裝置及升溫制度

　　將試件做成 規(guī)格，按要求進行養(yǎng)護。每個配比制作10個試件

　　本次實驗加熱設(shè)備采用龍口市電爐總廠出品的高溫箱式實驗爐，升溫曲線采用實測的爐溫曲線，如圖2.1所示。由于磷酸鎂水泥砂漿試件的抗壓強度在試件養(yǎng)護7天以后便增長緩慢，所以本次實驗對標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下的砂漿試件養(yǎng)護7 天進行實驗。本實驗將養(yǎng)護7天后的的磷酸鎂水泥砂漿試件放在實驗爐中，將爐溫從室溫分別升溫到200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，并分別恒溫1小時，保證試件受熱均勻。然后將試件用鐵鉗夾出，自然冷卻1天后觀察其實驗現(xiàn)象并測定其高溫作用后抗壓強度。

             

　　實驗結(jié)果表明，將試件由室溫升溫到200℃且恒溫1h，自然冷卻1天后，試件抗壓強度比常溫下試件的抗壓強度分別降低51%、62%，抗壓強度變化明顯。本實驗條件下造成高溫作用下水泥砂漿抗壓強度變化的主要原因可能是由水泥石高溫脫水導(dǎo)致的自身強度變化和水泥石與集料間界面粘結(jié)強度變化的雙重作用引起的。將試件由室溫升溫到400℃、600℃時，試件抗壓強度降低，其降低幅度比升溫到200℃時試件抗壓強度的降幅減小。試件由室溫升溫到800℃之前表面無任何裂縫、掉皮、缺角等現(xiàn)象。升溫到1000℃時，試件表面出現(xiàn)幾條微裂縫，壓碎后發(fā)現(xiàn)砂子變成透明的晶體，試件內(nèi)部為紅褐色，如圖4.6、圖4.7所示。總體上看，磷酸鎂水泥砂漿試件高溫作用后的抗壓強度呈現(xiàn)隨溫度升高逐漸劣化的趨勢，試件升溫到200℃時降低幅度較大，試件升溫到600℃以上時抗壓強度變化趨于平緩。

　　3初步試驗結(jié)論

　　1. 砂灰比S/B、緩凝劑與氧化鎂的比、水灰比、氧化鎂摻量、氧化鎂和磷酸二氫鉀的摩爾比等因素都影響磷酸鎂水泥砂漿力學(xué)性能抗折、抗壓強度。

　　2. 磷酸鎂水泥砂漿試件高溫作用后的抗壓強度呈現(xiàn)隨溫度升高逐漸劣化的趨勢，試件升溫到200℃時降低幅度較大，試件升溫到600℃以上時抗壓強度變化趨于平緩，試件升溫到1000℃時抗壓強度降低超過常溫下的75%，試件幾乎喪失強度。

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