磷酸镁水泥砂浆配合比研究

2019-07-25曹瑞东许泽岷郝志华

三门峡职业技术学院学报 2019年2期

◎曹瑞东王丽许泽岷郝志华

（1.山西大学土木工程系；2.山西大学工程管理系，太原030024）

磷酸镁水泥砂浆作为一种新型水泥基材料，具有快硬早强、黏结性能好、受温度影响小等特点，可作为快速修补剂，广泛应用于机场面道、桥涵、军事阵地等抢修工程，国内外学者进行了众多的研究[1-4]，如硼砂掺量的影响[5-6]，磷酸二氢铵和氧化镁质量比（P/M）的影响[7]，水胶比（W/B）的影响[8-9]等。但磷酸镁水泥原材料地区差异性大，依靠已有研究尚不能很好归纳出磷酸镁水泥砂浆最佳配合比规律。本文从磷酸镁水泥的基本性能出发，就硼砂掺量、磷酸二氢铵和氧化镁质量比（P/M）、水胶比（W/B）进行实验研究，确定了磷酸镁水泥砂浆的最佳配合比。

1 试验内容

1.1 原材料及其配合比

磷酸镁水泥砂浆(简称MPC)主要包括：氧化镁粉（MgO，简称M），平均粒径75μm；磷酸二氢铵（NH4H2PO4，简称：N）、硼砂和三聚磷酸钠均为化学分析纯，纯度均为98%；骨料为中砂。以下表1-表3 为基本配合比。A 组试验研究硼砂掺量对磷酸镁水泥砂浆的影响，B 组试验研究（P／M）对磷酸镁水泥砂浆的影响，C 组试验研究（W／B）对磷酸镁水泥砂浆的影响。

表1 硼砂的影响

表2 （P／M）的影响

表3 （W／B）的影响

1.2 试验方法

先将氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、三聚磷酸钠和中砂倒入搅拌锅中搅拌均匀，然后加水搅拌90 秒，随后对搅拌好的砂浆测试流动度，然后装入40mm×40mm×40mm 模具中，放在振动台上振实，在自然条件下养护到设定龄期之后拆模。流动度测试方法依据《水泥胶砂流动度测定方法》（GB／T2419-2005），采用NLD-3 型水泥胶砂流动度测定仪对MPC 浆体的流动度进行测试；强度测试方法依据《水泥胶砂强度检验方法》（GB／T17671-1999），采用TYE-300 型压力测试机对MPC 浆体的抗压强度进行测试，测试龄期分别为1h、1d、3d、7d、28d 的抗压强度值。

2 结果与讨论

2.1 硼砂掺量的影响

图1 表示硼砂掺量对砂浆流动度的影响。从图1 可知，磷酸镁水泥砂浆均有良好的流动度，砂浆的流动度随着硼砂掺量的增加而增大，流动度依次为190mm、201mm、218mm、238mm。

图2 所示为不同硼砂掺量对磷酸镁水泥砂浆强度的影响。由图2 可以看出，所有试件随着龄期发展强度发展规律基本类似，在1h-1d 强度急剧增长，1d-3d 强度基本不变，3d-28d 强度大幅增长。在其他掺量不变的情况下，随着硼砂掺量的增加，砂浆早期强度越来越低；对于28d 强度，也有相同规律。可见，随着硼砂掺量的增加，磷酸镁水泥砂浆早期强度及后期强度均会降低，这是因为硼砂抑制了氧化镁的溶解，使水化产物相对减少。

综合考虑强度及流动性，硼砂掺量为2.15%为最优选项。

2.2 磷酸二氢铵与氧化镁质量比（P／M）的影响

在优选A3 组的基础上，改变NH4H2PO4与MgO 的质量比（P／M），研究其对磷酸镁水泥砂浆力学性能及流动性的影响。

图1 硼砂掺量对磷酸镁水泥砂浆流动度的影响

图2 硼砂掺量对磷酸镁水泥砂浆强度的影响

图3 表示（P／M）对砂浆流动度的影响。由图3 可知，随着（P／M）的增加，磷酸镁水泥砂浆流动度增大。B1 组氧化镁含量少，导致凝结时间缩短，流动度低，为150mm；B2、B3 组流动度接近，分别为203mm、212mm。

图4 所示为（P／M）对磷酸镁水泥砂浆抗压强度的影响。由图4 可以看出：（P／M）的改变，能明显影响磷酸镁水泥砂浆的强度发展趋势。当（P／M）为0.25 时，磷酸镁水泥砂浆的强度随着龄期的增长基本呈直线状态；当（P／M）为0.27 和0.3时，硫酸镁水泥砂浆强度随着时间增长呈不断增长的趋势，而（P／M）为0.3 的整体强度好于（P／M）为0.27 的整体强度。（P／M）比值可能在0.25-0.27间有个阈值，可以使磷酸镁水泥砂浆强度发展呈现不同的趋势。

图3 （P／M）对磷酸镁水泥砂浆流动度的影响

图4 （P／M）对磷酸镁水泥砂浆强度的影响

2.3 水胶比（W／B）的影响

本实验采用4 个水胶比：0.14/0.15/0.16/0.17，研究水胶比（W／B）对磷酸镁水泥砂浆性能的影响。

图5 表示（W／B）对砂浆流动度的影响。由图5 可知，随着（W／B）的增加，磷酸镁水泥砂浆的流动度逐渐增大。当（W／B）为0.14 时，流动度为100mm；当（W／B）为0.15 时，流动度为203mm；当（W／B）为0.16 时，流动度为219mm；当（W／B）为0.17 时，流动度为249mm。

图6 所示为（W／B）对磷酸镁水泥砂浆抗压强度的影响。从图6 可以看出：（W／B）为0.14 时，整体强度最低，原因是砂浆流动度不足，成型过程中孔隙太多；当（W／B）＞0.14 时，1h 强度均大于40MPa，并随着（W／B）的增大，1h 强度逐渐降低，各水灰比试件强度随着龄期增长而增长；28d时，水胶比为0.16 强度最好、水胶比为0.15 次之、水胶比为0.17 再次、水胶比0.14 强度最差。这是由于水分的增加使磷酸镁在水泥反应物的浓度下降，孔隙率增大，从而降低了砂浆强度。