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《重庆大学》 2006年
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高性能磷酸镁水泥基材料研究

汪宏涛  
【摘要】:磷酸镁水泥(Magnesia-Phosphate Cement MPC)基材料是一种通过酸-碱反应及物理作用而凝结硬化的新型水泥基材料,该材料具有水化迅速、早期强度高和环境适应性广等特点,有着非常重要的军事应用价值,在高速公路与市政主干道的快速修补及有害物质固化等方面也有着广阔的应用前景。已有的研究主要集中在水泥的基本性能、水化机理及水化产物等方面,且研究工作也不够系统,针对磷酸镁水泥基材料工程应用的基础研究较少,特别是对磷酸镁水泥基材料快硬早强以外的一些特殊性能研究更少。论文围绕磷酸镁水泥基材料的大规模应用所涉及的一些基础问题展开研究,在解放军总后勤部《军事工程快速抢修材料技术》和重庆市科委《新型磷酸盐胶凝材料的研制及在路面修补工程中的应用》项目资助下开展有关研究工作。 论文首先对磷酸镁水泥凝结时间及强度进行研究,确定适用的磷酸镁水泥配方并研究水泥在不同环境下的存放性能;然后针对军事工程用抢修抢建材料的要求,对影响磷酸镁水泥基材料工作性和强度的因素进行系统研究,以达到工作性与强度的有机统一;特别针对磷酸镁水泥基材料可负温水化硬化的特性,研究其负温下强度发展规律及性能改善途径。最后,对磷酸镁水泥的耐化学侵蚀性、收缩性能、抗钢筋锈蚀性、粘结等性能及工程应用进行研究。论文研究以宏观性能的试验研究为主,同时采用X射线衍射分析、SEM、能谱分析等技术手段进行物相分析,观察水化产物的形貌及界面结构,以分析磷酸镁水泥结构与性能之间的关系。 论文研究取得了以下几方面的成果:①成功利用工业级原材料制备出快硬高强磷酸镁水泥,指出控制磷酸镁水泥凝结速度与早期强度的关键在于调整MgO颗粒的溶解速度,且缓凝剂、MgO比表面积、NH4H2PO4与MgO比值(P/M)是影响磷酸镁水泥凝结时间与强度的主要因素。粉煤灰降低磷酸镁水泥强度的主要原因在于其吸附作用、改变溶液水化环境(pH值)及杂质影响。首次对磷酸镁水泥的存放性能进行研究,结果表明采取一定的包装方式可使水泥具有良好的存放性能。②研究发现,适用于普通硅酸盐水泥的木钙、FDN、聚羧酸盐类、氨基磺酸盐类等减水剂对于磷酸镁水泥砂浆流动性改善效果并不明显,甚至还会降低流动性。在理论分析和对比试验的基础上,配制出适合磷酸镁水泥水化体系的复合减水剂,该复合减水剂对磷酸镁水泥基材料的流动性有明显改善作用,同时还可明显提高磷酸镁水泥基材料的强度,解决了工程应用对磷酸镁水泥要求同时具备高工作性与高强度的难题。③采用氨水防冻剂真正实现了磷酸镁水泥完全负温条件下的成型和硬化,强度发展可以达到快速抢修的要求。针对负温条件下磷酸镁水泥砂浆强度改善途径,采取的预养护、降低水胶比和缓凝剂掺量、提高拌合用水温度措施,可明显提高负温条件下磷酸镁水泥砂浆的强度;研究结果还显示氨水是磷酸镁水泥基材料较为理想的防冻剂,而K_2CO_3、NaCl和NaNO_2不适于用作磷酸镁水泥基材料防冻剂,采用同时掺入氨水和复合减水剂的技术途径可显著提高磷酸镁水泥砂浆在负温环境下的强度。④磷酸镁水泥砂浆收缩与耐久性研究结果表明,磷酸镁水泥砂浆收缩率在水化28d前增长迅速,28d之后则基本稳定,降低水泥比表面积和缓凝剂掺量、降低水胶比和胶砂比以及掺入粉煤灰可减少砂浆的收缩;系统研究了磷酸镁水泥基材料在不同侵蚀溶液下的强度损失及重量损失,指出了磷酸镁水泥基材料耐化学侵蚀性与水化产物MgNH_4PO_4·6H_2O在各溶液中的稳定性密切相关,为该材料的使用范围提供了理论依据。研究结果还表明磷酸镁水泥基材料具有良好的抗渗性能、护筋性能、抗盐冻性能以及良好的界面粘结性能和耐磨性能。 论文在对磷酸镁水泥基材料基本性能展开研究的同时,还对磷酸镁水泥基材料可能应用领域进行探索性研究。研究了采用海水与海砂配制磷酸镁水泥混凝土的可行性,研究了玻璃纤维在磷酸镁水泥基材料中的腐蚀情况,还研究了磷酸镁水泥粘结性能以及与硫铝酸盐水泥对比在负温条件下强度发展情况,并进行实际工程应用试验研究。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U414

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