磷酸鎂水泥基復(fù)合材料的制備、性能及其應(yīng)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(xué)反應(yīng)和物理作用而凝結(jié)硬化的新型無(wú)機(jī)膠凝材料，該材料具有水化迅速、早期強(qiáng)度高、粘結(jié)性能好、體積變形小等特點(diǎn)，在搶修搶建和固化有害、放射性物質(zhì)等方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景且具有重要的軍事應(yīng)用價(jià)值。鑒于此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)展了關(guān)于磷酸鉀鎂水泥的研究，包括對(duì)其基本性能和水化反應(yīng)等的測(cè)試與分析。但試驗(yàn)結(jié)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(jié)時(shí)間無(wú)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(yīng)用。如何有效地克服磷酸鉀鎂水泥在高溫操作時(shí)快凝快硬的問(wèn)題是目前磷酸鉀鎂水泥研究的重點(diǎn)，同時(shí)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(chǔ)配合比設(shè)計(jì)、磷酸鉀鎂混凝上界面粘結(jié)性能、新型緩凝劑開(kāi)發(fā)及作用效果進(jìn)行，并在此研究基礎(chǔ)上利用復(fù)合材料設(shè)計(jì)理念制備出一種新型的水泥帆布，且探究其工程應(yīng)用價(jià)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(duì)磷酸鉀鎂水泥工作性能和力學(xué)性能的影響，以便獲取磷酸鉀鎂水泥凝結(jié)時(shí)間和力學(xué)性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的配合比，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步地探究不同養(yǎng)護(hù)制度對(duì)磷酸鉀鎂水泥長(zhǎng)期性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸鉀鎂水泥凝結(jié)速度和早期強(qiáng)度的關(guān)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(xué)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(chǔ)開(kāi)展磷酸鉀鎂混凝土的界面粘結(jié)性能研究，通

4、過(guò)對(duì)比分析不同粗糙度或強(qiáng)度的老混凝土制備的新老混凝土粘結(jié)試樣的劈裂抗拉強(qiáng)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(jié)性能，并通過(guò)觀察粘結(jié)試樣的斷裂形貌，分析闡述老混凝土粗糙度和強(qiáng)度影響磷酸鉀鎂混凝土粘結(jié)性能的原因。
　　同時(shí)，基于氧化鎂、MgCl2和磷酸鹽之間用量的差異導(dǎo)致水化產(chǎn)物的差別，本論文試圖制備一種環(huán)境可協(xié)調(diào)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(duì)磷酸鉀鎂水泥工作性能和力學(xué)

5、性能的影響。試圖采用預(yù)配溶液、現(xiàn)配溶液以及現(xiàn)拌改性手段且通過(guò)對(duì)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(jié)果表明，氯鹽體系緩凝劑主要通過(guò)降低磷酸鉀鎂水泥漿體反應(yīng)溫度、改變反應(yīng)體系pH值延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，且當(dāng)MgCl2采用預(yù)配溶液手段、NaCl和KCl采用現(xiàn)配溶液或現(xiàn)拌改性手段時(shí)，表現(xiàn)出更優(yōu)異的作用效果。
　　最后，本文以復(fù)合材料理論為依據(jù)開(kāi)展磷酸鉀鎂水泥帆布的制備與應(yīng)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(dòng)密實(shí)后澆水成型。M/P摩爾比、緩凝劑種類(lèi)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(xué)性能的主要因素。研究結(jié)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(zhì)量的2％制備的磷酸鉀鎂水泥帆布具有最佳的力學(xué)性能，10天的正面抗壓強(qiáng)度達(dá)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(jīng)向和緯向的力學(xué)性能也表現(xiàn)出明顯的差異，經(jīng)向強(qiáng)度最高，其次是緯向，正面抗壓強(qiáng)度最低。由于磷酸鉀鎂水泥帆布多以板材的形式應(yīng)用到實(shí)際工程中，且硬化后的板材將主要受到剪切應(yīng)力或拉應(yīng)力的作用，為此水平方向的抗拉強(qiáng)度應(yīng)是磷酸鉀鎂水泥帆布一個(gè)非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)。本文以三維間隔織物幾何格局對(duì)水泥帆布拉伸性能的影響為基礎(chǔ)，研究其在經(jīng)、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(jìn)行比較，獲取磷酸鉀鎂水泥帆布經(jīng)、緯向