【摘 要】
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磷酸镁水泥(MPC)由于其性能优异,凝结硬化快,早期强度高,粘结性能好,干燥收缩小,因此具有广泛的应用。高延性纤维水泥基复合材料有着与金属材料一样卓越的抗拉能力,其极限拉应
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磷酸镁水泥(MPC)由于其性能优异,凝结硬化快,早期强度高,粘结性能好,干燥收缩小,因此具有广泛的应用。高延性纤维水泥基复合材料有着与金属材料一样卓越的抗拉能力,其极限拉应变非常大,因此将纤维加入水泥材料中以制得高延性水泥基材料已逐渐在修补加固领域成为主流。鉴于MPC的特点和已有的研究基础,高延性纤维增强磷酸镁水泥基复合材料能使MPC的优越性能得到更加充分的发挥,并解决其脆性大的问题。然而MPC在水中养护或是处于潮湿环境中时,强度将会发生较大的倒缩,耐久性较差,不利于大规模推广使用。因此,对高延性磷酸镁水泥基复合材料在浸水条件下的研究对其实际应用有着较大的影响。本文在课题组先前的基础上,首先通过改变龄期,改变水固比、镁磷比(M/P)、粉煤灰(FA)替代量、纳米氧化铝(NA)掺量、水玻璃(WG)掺量,测试其立方体抗压强度值及进行薄板四点弯曲试验,并计算强度保留率及弯曲性能,以研究对弯曲性能及水稳定性的影响;其次选择具有代表性的配合比,通过扫描电镜(SEM)在微观层面对其进行观察,分析作用机理,取得的主要结论如下所示:(1)通过坍落扩展度试验对高延性磷酸镁水泥砂浆工作性能进行测试。试验证实:在水固比0.13时,浆体粘度较好,纤维分散均匀,工作性能好;M/P为4时,浆体的流动性能最为优异;随FA替代量增加,坍落扩展度减小,但是纤维分散较为良好;NA掺量对工作性能影响不大,小掺量下工作性能均较为良好;WG掺量对工作性能影响不大。(2)改变龄期、水泥基配比及改变掺料及掺量研究抗压强度及其水稳定性的变化规律:自然养护28d后浸水试件的水稳定性均高于自然养护7d后浸水相应龄期的试件;随水固比增加,抗压强度降低,强度保留率达到95%左右;随M/P增加,抗压强度增加,在M/P=5时强度保留率最高;随FA替代量增加,抗压强度大幅降低,强度保留率总体上保持在95%左右,水稳定性较好;掺入NA后抗压强度均大于未掺加NA的试件,抗压强度保留率除NA=10%外,均大于100%,掺入适量的NA能改善水稳定性;WG掺量大于2%后,抗压强度低于未掺的试件,掺入WG后抗压强度保留率均大于100%。(3)通过四点弯曲试验及弯曲性能评估计算得出试件的弯曲性能:无论浸水与否,自然养护7d后的延性略大于自然养护28d的试件;跨中挠度除水固比0.11时较差外,其余水固比情况下均相近;跨中挠度随M/P增加先增加再减小,当M/P=4和5时,韧性相对较优,弯曲荷载也相对较大;在FA=50%时跨中挠度最大;NA的掺入对弯曲性能影响不大;除WG=5%时浸水后跨中挠度最大外,其余WG掺量弯曲性能相近。(4)通过SEM对试件进行微观观察发现:40%FA的掺入填充了部分孔洞,使纤维与基体粘结更为紧密,基体结构也更加致密,因此弯曲性能较好,水稳定性也得以提高;掺入8%NA后晶体排列紧密,鸟粪石被生成的Al(OH)3包裹,结构的整体性较强,水稳定性较好;掺入5%WG后,由于WG的包裹作用,纤维与基体粘结紧密,弯曲性能较好,但是生成大量水合硅酸镁凝胶,掺杂着未反应的Mg O及KH2PO4凝结沉淀,生成的结构排列混乱,晶体间缝隙增大,力学性能稍有减弱,水稳定性有所下降。
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