磷酸鎂水泥基材料的修補(bǔ)粘結(jié)性能研究.pdf

1、水泥混凝土是當(dāng)今世界上使用量最大、適用范圍最廣的土木工程建筑材料。大量現(xiàn)存的混凝土結(jié)構(gòu)也預(yù)示著對修補(bǔ)加固工程的巨大的潛在需求，磷酸鎂水泥基材料（簡稱MPC材料）雖然已被認(rèn)識并作為一種非常有用的超早強(qiáng)修補(bǔ)材料，在修補(bǔ)工程領(lǐng)域以其優(yōu)異的性能表現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，但目前MPC材料的研究主要集中在其自身水化過程、微觀形貌、物理力學(xué)性能等方面，對粘結(jié)性能雖有所涉及，但相對較少，特別是沒有從MPC材料優(yōu)異的體積穩(wěn)定性展開研究，以往研究多重點關(guān)注MPC材料

2、的超早強(qiáng)性能，而未能關(guān)注長期耐久性。因此，從MPC材料與混凝土基體之間的界面粘結(jié)性能要求出發(fā)，從自由狀態(tài)、約束狀態(tài)、粘結(jié)耐久性三個方面對 MPC材料的粘結(jié)性能研究，并特別考慮粘結(jié)性能的耐久性，同時對MPC材料的粘結(jié)性能改善和粘結(jié)機(jī)理進(jìn)行探討，以期充分發(fā)揮 MPC材料在工程修補(bǔ)中的應(yīng)用。
　　首先研究自由狀態(tài)下MPC材料的粘結(jié)性能。在配比組分變化對MPC材料工作性及抗壓強(qiáng)度影響的研究基礎(chǔ)上，論文通過采用抗折粘結(jié)強(qiáng)度和壓剪粘結(jié)強(qiáng)度兩種

3、指標(biāo)來研究MPC材料的粘結(jié)性能，并結(jié)合界面區(qū)域斷裂特征來表征其粘結(jié)狀態(tài)，同時對這兩種粘結(jié)性能指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，MPC材料具有優(yōu)異的粘結(jié)性能，2h抗折粘結(jié)強(qiáng)度可超過3.0MPa，1d抗折粘結(jié)強(qiáng)度可超過5.0MPa，顯示其作為超早強(qiáng)修補(bǔ)材料的優(yōu)勢；在自由狀態(tài)下，配比組成是影響MPC材料粘結(jié)性能的主要因素，其中W/B（水膠比）和M/P值（氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比）的影響最顯著，MPC材料的磷酸鹽摻量有一個最佳范圍。當(dāng)M/P=2~3

4、時、W/B為0.12~0.14時MPC材料的粘結(jié)性能更優(yōu)。MPC材料的抗折粘結(jié)強(qiáng)度與壓剪粘結(jié)強(qiáng)度具有較好的相關(guān)性。
　　考慮實際工程對修補(bǔ)材料的性能要求，研究了MPC材料在約束狀態(tài)下的粘結(jié)性能。試驗將MPC材料優(yōu)異的早期變形性能與約束條件下的界面粘結(jié)修補(bǔ)性能相結(jié)合來研究其影響規(guī)律，揭示了MPC材料作為超早強(qiáng)修補(bǔ)材料的又一優(yōu)勢，并與普通硅酸鹽水泥基修補(bǔ)材料（簡稱OPC材料）、硫鋁酸鹽水泥基修補(bǔ)材料（簡稱SAC材料）的粘結(jié)性能做比較；

5、同時還觀察MPC材料與基體界面處的裂縫發(fā)展及滲透性等性能變化情況，并將其與粘結(jié)強(qiáng)度綜合起來共同表征MPC材料的粘結(jié)性能。結(jié)果表明，在約束條件下，早期體積穩(wěn)定性對MPC材料的粘結(jié)性能影響顯著，組成配比是影響MPC材料早期體積穩(wěn)定性的主要因素。大多數(shù)MPC材料在初始期（終凝后0~4h）和早期（1d~10d）會有一定的膨脹，膨脹幅度甚至高達(dá)3.5×10-4，這非常有利于約束條件下的界面粘結(jié)。MPC材料的體積穩(wěn)定性明顯優(yōu)于OPC/SAC材料，干

6、燥環(huán)境下，同齡期MPC材料的體積收縮幅度僅為后者的1/4~1/5。約束條件下，MPC材料仍具有優(yōu)異的粘結(jié)性能，其2h和1d的抗折粘結(jié)強(qiáng)度仍可達(dá)到3.8MPa和5.4MPa。界面觀察和自由滲水試驗發(fā)現(xiàn)，磷酸二氫銨基的MPC材料粘結(jié)界面未見裂縫，透水時間大于72h，而 OPC/SAC材料成型后4h就出現(xiàn)23.6μm的可見裂縫，透水時間小于17min，MPC材料的界面粘結(jié)質(zhì)量明顯優(yōu)于OPC/SAC材料。
　　論文還研究了MPC材料與混凝

7、土基體界面粘結(jié)性能的耐久性，通過研究不同使用環(huán)境對MPC材料粘結(jié)性能及粘結(jié)耐久性的影響，重點考察淡水溶蝕、模擬海水及濃度為3%MgSO4、10%NaCl和10%MgSO4的溶液侵蝕對MPC材料界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，MPC材料的粘結(jié)強(qiáng)度及耐久性在空氣養(yǎng)護(hù)條件下表現(xiàn)優(yōu)于水養(yǎng)條件，淡水溶蝕環(huán)境下，MPC材料粘結(jié)強(qiáng)度早期雖有下降，但后期可逐漸恢復(fù)至空氣養(yǎng)護(hù)條件下的94%；相比淡水溶蝕，MPC材料抗離子侵蝕性能更好，在濃度為10%MgSO

8、4的溶液侵蝕條件下，MPC材料的粘結(jié)強(qiáng)度甚至高于同齡期空氣養(yǎng)護(hù)下的試件粘結(jié)強(qiáng)度。MPC材料不僅可以作為緊急搶修材料，還可以用于耐久性要求更高的結(jié)構(gòu)修補(bǔ)，特別在海洋和高濃度鹽漬環(huán)境條件下具有明顯優(yōu)勢。
　　最后，對MPC材料與基體界面的宏觀及微觀形貌特征進(jìn)行分析，初步揭示了MPC材料與舊混凝土基體間粘結(jié)力的形成機(jī)制；并通過復(fù)配磷酸鹽、摻加礦物摻合料等方法對 MPC材料性能的改善進(jìn)行研究。結(jié)果表明，MPC材料與基體之間的粘結(jié)界面作用力

9、是以物理機(jī)械咬合為主；采用復(fù)合鹽制備的MPC材料（磷酸二氫鉀：磷酸二氫銨為0.7:0.3）粘結(jié)性能更優(yōu)異，各齡期復(fù)配的MPC材料比單一磷酸鹽MPC材料的粘結(jié)強(qiáng)度平均高40%以上；摻入一定量粉煤灰和硅灰有也利于MPC材料各齡期粘結(jié)強(qiáng)度，特別是粘結(jié)強(qiáng)度最高可提高20%、抗壓強(qiáng)度的發(fā)展和抗水侵蝕的能力的提高。通過對MPC材料粘結(jié)性能及影響因素的研究，表明MPC材料可作為混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)和加固材料，是在役混凝土結(jié)構(gòu)快速修補(bǔ)加固和長期性能保持的理想