磷酸镁水泥水稳定性及其影响因素研究

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磷酸镁水泥(简称MPC)作为一种新型无机胶凝材料,具有快硬早强、体积稳定性好和粘结强度高等优异性能,在快速修补、结构加固、有害废物固化等领域有着广泛的应用。但随着MPC应用范围的扩大,研究者们发现MPC在长期水环境下强度会发生大幅度降低。鸟粪石(Struvite)作为MPC的主要水化产物,其在水环境中的稳定性是影响磷酸镁水泥基材料水稳定性的根本因素,相关研究表明水泥石中鸟粪石的溶解度会在磷酸盐溶解形成的局部酸性环境下显著升高,从而导致MPC水稳定性的下降。本文从MPC材料组分出发,通过对用水量的调控,提高水养护前浆体的反应程度,减少水化初期未反应的磷酸盐,并在此基础上研究影响鸟粪石形成和稳定性的其他关键因素对MPC水稳定性的影响,为MPC在长期水环境下的应用提供参考。首先,通过改变W/C值来调整MPC水养前的反应程度。在M/P=2~4时,使用完全反应理论W/C制备的MPC可以获得较好的水稳定性,水养强度不断发展或保持稳定,180 d线性膨胀值在300×10-6以内。W/C值过高(水过量组)或过低(缺水组)的MPC试件水养后期强度均会大幅倒缩。其次,在影响鸟粪石形成的其他关键因素里,探究了原材料和试件尺寸对MPC水稳定性的影响。原材料中磷酸盐的种类和细度对MPC水稳定性影响较为显著。钾盐体系试件线性膨胀值远大于铵盐体系试件,水稳定性较差。磷酸盐细度会影响浆体早期反应程度,试验对比不同磷酸盐细度(24、100和200目)发现,即使对用水量进行了较好控制,磷酸盐细度也需要控制在100目(0.15μm)左右才可以获得较好的水稳定性。相较于小试件(40 mm×40 mm×40 mm),较大尺寸试件(70.7mm×70.7 mm×70.7 mm)在水养条件下强度发展更为稳定,且接近空养时的强度。最后,在影响鸟粪石稳定性的关键因素里,探究了养护制度对MPC水稳定性的影响。对比不同空气预养护龄期(3 h、7 d和28 d)发现,延长空养龄期(7 d以上)能够有效提高MPC的水稳定性。相较于静水养护,MPC试件在动水养护和干湿循环制度下会导致缺水组和水过量组试件强度倒缩时间提前,而理论用水量组试件虽然绝对强度低于静水养护,但在养护后期强度依然保持稳定,展现出良好的水稳定性。对于不同p H值养护溶液,MPC试件在酸性或碱性环境下的水稳定性均低于纯水养护。因此,MPC的水稳定性表现受到自身水化反应程度和水养护制度的共同影响。
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