磷酸镁水泥砂浆力学性能实验研究.doc

磷酸镁水泥砂浆力学性能实验研究摘要：磷酸镁水泥作为一种新型的胶凝材料，具有初凝时间早、 早期强度高、粘合强度及耐久性好等优点，其工程应用明显增加 然而不同配比对磷酸镁水泥砂浆力学性能有不同影响，本文将分 析高温作用后磷酸镁水泥砂浆试件的外观特征及抗压强度变化 规律，选择凝结时间较长、抗压强度较高的水泥砂浆试件配比， 并在此基础上研究磷酸镁混凝土的相关特性关键词：磷酸镁，水泥砂浆，高温，力学性能虽然水泥砂浆材料在工程建设中已经得到非常广泛的应用， 但当其在高温或局部高温环境中应用时，其性能往往遭到严重的 破坏磷酸镁水泥作为一种新型的胶凝材料，其在常温作用下具 有初凝时间早、早期强度高、粘合强度及耐久性好等优点，然而 高温作用后的力学性能尚缺乏相关研究为此作者通过相关实验 对水泥砂浆的在高温作用后的抗压强度这一最基本、最重要的一 项力学性能进行了实验，得到其相关的规律，为之后磷酸镁混凝 土的研究及应用奠定了基础.1常温下力学性能呢过试验研究1」试件原材料1. MgO由济南鲁东耐火材料有限公司提供2. 磷酸二氢钾：工业级，含量98%,直接从市场购买3. 缓凝剂：磷酸盐水泥的缓凝剂有多聚磷酸钠、硼酸及硼 砂等，而硼砂是磷酸镁水泥系统中一种最有效的缓凝剂，但其反 应机理尚需进一步研究。

本实验采用硼砂作为磷酸盐水泥的缓凝 剂硼砂工业级，白色晶体，直接从市场购买1.2试验仪器与试验过程磷酸镁水泥砂浆实验采用上海新三思计量仪器制造有限公 司生产的微机控制电液伺服万能实验机、抗折强度压力机、水泥 稠度凝结时间测定仪、水泥胶砂搅拌机等1. 将水泥胶砂搅拌机砂罐内装入1350g标准砂，根据不同 的配比称取相应的氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂和水2. 将大约500g搅拌好的磷酸镁水泥砂浆放入圆模中，然后 用砂浆凝结时间测定仪测定其初凝时间，并用秒表记录下从起始时间到初凝所用的时间t(min)3. 将过程1中搅拌好的大约2000g磷酸镁水泥砂浆倒入钢 模中，每个配比制作3条的磷酸镁水泥砂浆试件4. 将制作好的水泥砂浆试件置于标准养护室养护5. 对按照要求养护的试件进行抗折、抗压强度测试，每个 配比的试件测试两个，并记录所有实验结果通过测试不同配比的磷酸镁水泥砂浆试件的凝结时间和抗 压强度，挑选出凝结时间大于20分钟及1天抗压强度大于20 MPa的磷酸镁水泥砂浆试件的配比1.3磷酸镁水泥砂浆凝结时间及抗压强度测定选择以下4个配比制作磷酸镁水泥砂浆试件，尺寸为，测 定其凝结时间将磷酸镁水泥砂浆试件置于标准养护条件下养护 1天后，测定其抗折、抗压强度。

配比1：氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂的质量比100:85:5配比2：氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂的质量比140:40:7配比3：氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂的质量比100:85:7配比4：氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂的质量比100:85:10用水量：水灰比约为0.1-0.15,根据实际情况进行适量调 整这里“灰”指氧化镁、磷酸二氢钾和硼砂的总质量从表中可以看出，S91-A、S97-A在配比1的条件下初凝时 间大于20min,明显优于其他种类的氧化镁与配比1比较,S97-A 采用配比2后，初凝时间从21 min缩短为15min,比较两种配比, 仅是减少了磷酸二氢钾的用量可见，磷酸二氢钾与氧化镁的比 例对于初凝时间也有很大的影响采用配比3, S91-A的初凝时 间为49min,比采用配比1的时间有所延长，原因是配比3的硼 砂比例有所提高相关资料表明，影响砂浆试件强度和凝结时间的主要因素有 砂灰比S/B、硼砂与氧化镁的比、氧化镁与磷酸二氢钾的比M/P、 水灰比W/B等并且配上细骨料以后，磷酸镁水泥工作性能良好，特别是抗压性能良好，可以继续配制磷酸镁混凝土试件1.4磷酸镁水泥砂浆试件的抗压应力■应变关系通过对磷酸镁水泥砂浆试件的抗压强度实验，特别是对于试 件破坏过程以及应力-应变1111线的分析，观察磷酸镁水泥砂浆试 件的力学性能。

实验结果如下：1. S91-A:S91-B=4:1砂浆试件的7d抗压强度，配比100:85:5, 水灰比为0.2见表3・1、如图3.1所示2. S97-A砂浆试件的7d抗压强度，配比100:85:5,水灰比为0.2见表2-4、如图2.2所示试件位移随着力的增大而增长，大致可以分为四个阶段，第 一阶段，力从0KN加载到5KN,的直线段，称为初始阶段在 木阶段，由于试件比较密实，试件位移发展较缓慢，开始出现微 小的裂缝第二阶段，随着力的增人，位移继续发展，裂缝也进 一步发展，相对于力的增加，位移发展速率加快，称为缓冲阶段 第三阶段，曲线的斜率明显增大，加压速率明显加快，随着力的 增加，位移的增加放缓，称为强化阶段第四阶段，水泥砂浆试 件表而裂缝贯通，且局部有压碎的现象，荷载达到峰值，即试件 达到了极限抗压强度，称为破坏阶段高温后磷酸镁砂浆2高温后力学性能试验研究2.1试件加载装置及升温制度将试件做成规格，按要求进行养护每个配比制作10个试 件本次实验加热设备采用龙口市电炉总厂出品的高温箱式实 验炉，升温曲线采用实测的炉温曲线，如图2.1所示由于磷酸 镁水泥砂浆试件的抗压强度在试件养护7天以后便增长缓慢，所 以本次实验对标准养护条件下的砂浆试件养护7天进行实验。

木实验将养护7天后的的磷酸镁水泥砂浆试件放在实验炉中，将 炉温从室温分别升温到 200C、400C、600C、800C、1000C, 并分别恒温1小时，保证试件受热均匀然后将试件用铁钳夹出,自然冷却1天后观察其实验现象并测定其高温作用后抗压强度实验结果表明，将试件由室温升温到200C且恒温lh,自然 冷却1天后，试件抗压强度比常温下试件的抗压强度分别降低 51%、62%,抗压强度变化明显本实验条件下造成高温作用下 水泥砂浆抗压强度变化的主要原因可能是由水泥石高温脱水导 致的自身强度变化和水泥石与集料间界面粘结强度变化的双重 作用引起的将试件由室温升温到400C、600C时，试件抗压 强度降低，其降低幅度比升温到200C时试件抗压强度的降幅减 小试件由室温升温到8()0C之前表面无任何裂缝、掉皮、缺角 等现象升温到1000C时，试件表面出现几条微裂缝，压碎后 发现砂子变成透明的晶体，试件内部为红褐色，如图4.6、图4.7 所示总体上看，磷酸镁水泥砂浆试件高温作用后的抗压强度呈 现随温度升高逐渐劣化的趋势，试件升温到200C时降低幅度较 大，试件升温到600C以上时抗压强度变化趋于平缓3初步试验结论1.砂灰比S/B、缓凝剂与氧化镁的比、水灰比、氧化镁掺量、 氧化镁和磷酸二氢钾的摩尔比等因素都影响磷酸镁水泥砂浆力学性能抗折、抗压强度。

2•磷酸镁水泥砂浆试件高温作用后的抗压强度呈现随温度 升高逐渐劣化的趋势，试件升温到200C时降低幅度较大，试件 升温到600C以上时抗压强度变化趋于平缓，试件升温到1000C 时抗压强度降低超过常温下的75%,试件几乎丧失强度参考文献：[1] 蒋首超.钢一混凝土组合楼盖抗火性能理论与实验研究. 同济大学博士学位论文,2001[2] 李凌志•火灾后混凝土材料力学性能与温度、时间的关系. 同济大学硕士学位论文,2006⑶朱宏军，程海丽,姜徳昆•特种混凝土和新型混凝土[M].北 京:化学工业出版社,2004:153-169[4] 郭朝林•耐热（耐火）混凝土在工程中的应用[M].商品混凝 ,2009,5:50-52[5] 汪洪涛，钱觉时,王建国•磷酸镁水泥的研究进展[J] •材料导报,2005,19(12):46-51[6] Sugama T,Kukacka L E. Magnesium monophosphate cement derived from diammonium phosphate[7] 杨全兵，吴学礼•新型超快硬磷酸盐修补材料的研制[J].混 凝土与水泥制品,1995,86(6):29-36[8] 吴耀呈•不定型耐火材料用结合剂的发展卩].耐火材 料,1999,33(4):237-239。