磷酸鎂水泥基復合材料的制備、性能及其應用研究.pdf

1、磷酸鉀鎂水泥是一種基于氧化鎂與可溶性磷酸鹽之間酸堿化學反應和物理作用而凝結硬化的新型無機膠凝材料，該材料具有水化迅速、早期強度高、粘結性能好、體積變形小等特點，在搶修搶建和固化有害、放射性物質等方面顯示出廣闊的應用前景且具有重要的軍事應用價值。鑒于此，國內外相關研究機構已經開展了關于磷酸鉀鎂水泥的研究，包括對其基本性能和水化反應等的測試與分析。但試驗結果顯示出磷酸鉀鎂水泥的工作性能并不十分理想，特別是在高溫操作條件下其凝結時間無法被有效

2、控制，這也直接制約了磷酸鉀鎂水泥目前在工程中的應用。如何有效地克服磷酸鉀鎂水泥在高溫操作時快凝快硬的問題是目前磷酸鉀鎂水泥研究的重點，同時也伴隨著巨大的挑戰(zhàn)。本論文圍繞磷酸鉀鎂水泥基材料基礎配合比設計、磷酸鉀鎂混凝上界面粘結性能、新型緩凝劑開發(fā)及作用效果進行，并在此研究基礎上利用復合材料設計理念制備出一種新型的水泥帆布，且探究其工程應用價值。
　　首先，本文研究氧化鎂比表面積、氧化鎂與磷酸鹽摩爾比（M/P摩爾比）、硼砂摻量、用水量

3、、膠砂比、硅酸鹽水泥摻量等對磷酸鉀鎂水泥工作性能和力學性能的影響，以便獲取磷酸鉀鎂水泥凝結時間和力學性能滿足設計要求的配合比，在此基礎上進一步地探究不同養(yǎng)護制度對磷酸鉀鎂水泥長期性能的影響。試驗結果表明，磷酸鉀鎂水泥凝結速度和早期強度的關鍵控制因素為氧化鎂顆粒的比表面積和緩凝劑摻量，而M/P摩爾比和用水量主要影響磷酸鉀鎂水泥的力學性能。
　　其次，本文以上述磷酸鉀鎂水泥體系的最佳配合比為基礎開展磷酸鉀鎂混凝土的界面粘結性能研究，通

4、過對比分析不同粗糙度或強度的老混凝土制備的新老混凝土粘結試樣的劈裂抗拉強度，本文試圖考察磷酸鉀鎂混凝土與老混凝土之間的界面粘結性能，并通過觀察粘結試樣的斷裂形貌，分析闡述老混凝土粗糙度和強度影響磷酸鉀鎂混凝土粘結性能的原因。
　　同時，基于氧化鎂、MgCl2和磷酸鹽之間用量的差異導致水化產物的差別，本論文試圖制備一種環(huán)境可協(xié)調性的磷酸鉀鎂水泥體系的氯鹽緩凝劑。另外，本文分別觀察不同的氯鹽體系緩凝劑和摻量對磷酸鉀鎂水泥工作性能和力學

5、性能的影響。試圖采用預配溶液、現(xiàn)配溶液以及現(xiàn)拌改性手段且通過對比分析緩凝效果得到不同緩凝劑的最佳摻量和使用方法。結果表明，氯鹽體系緩凝劑主要通過降低磷酸鉀鎂水泥漿體反應溫度、改變反應體系pH值延長凝結時間，且當MgCl2采用預配溶液手段、NaCl和KCl采用現(xiàn)配溶液或現(xiàn)拌改性手段時，表現(xiàn)出更優(yōu)異的作用效果。
　　最后，本文以復合材料理論為依據(jù)開展磷酸鉀鎂水泥帆布的制備與應用研究。與傳統(tǒng)磷酸鉀鎂水泥材料攪拌成型不同，采用三維間隔織物

6、和磷酸鉀鎂水泥粉體制備的新型水泥帆布是將攪拌均勻的氧化鎂粉體和磷酸二氫鉀粉體填充到三維間隔織物中，在振動密實后澆水成型。M/P摩爾比、緩凝劑種類和摻量、三維間隔織物幾何格局是影響磷酸鉀鎂水泥帆布的工作性能和力學性能的主要因素。研究結果顯示，采用15mm-Ⅰ型織物、M/P摩爾比為6、以硼酸作為緩凝劑且摻量為氧化鎂粉體質量的2％制備的磷酸鉀鎂水泥帆布具有最佳的力學性能，10天的正面抗壓強度達39.8MPa。由于三維間隔織物存在各向異性，磷酸

7、鉀鎂水泥帆布在正面、經向和緯向的力學性能也表現(xiàn)出明顯的差異，經向強度最高，其次是緯向，正面抗壓強度最低。由于磷酸鉀鎂水泥帆布多以板材的形式應用到實際工程中，且硬化后的板材將主要受到剪切應力或拉應力的作用，為此水平方向的抗拉強度應是磷酸鉀鎂水泥帆布一個非常重要的力學性能指標。本文以三維間隔織物幾何格局對水泥帆布拉伸性能的影響為基礎，研究其在經、緯方向的干燥收縮曲線，并與磷酸鉀鎂水泥基體的干燥收縮變形值進行比較，獲取磷酸鉀鎂水泥帆布經、緯向