磷酸镁水泥机场快速修补材料的物理力学性能和耐久性

发布时间：2017-03-19 16:07

  本文关键词：磷酸镁水泥机场快速修补材料的物理力学性能和耐久性，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磷酸镁水泥(Magnesium Phosphate Cement,MPC)是一种气硬性胶凝材料,具备快硬、早强、黏结力强、耐久性好等优点,但是传统的MPC制备成本很高,限制了其工程应用。本文利用盐湖提锂副产含硼氧化镁作为重烧氧化镁的替代原料用来制备MPC。首先对课题组制备MPC的3个最优配比进行基本物理力学性能测试,并系统研究了最优配比下的MPC的凝结时间、流动度、不同龄期的抗压强度、抗折强度和粘结强度。此外,在最优配比条件下通过修补不同类型的混凝土缺陷,并进行相关的力学性能测试,以评价MPC材料的修补性能。最后研究了混凝土缺陷用MPC修补后的耐久性。这种MPC材料实现了盐湖资源循环利用,也为这种含硼氧化镁投入工程使用提供了理论依据。本文取得的主要研究成果如下:(1)最优配比下MPC材料的基本力学性能。以凝结时间、流动度、不同龄期的抗压强度、抗折强度和粘结强度为考察指标,在不掺加硼的情况下,系统地研究了水胶比、矿物掺合料、氧化镁与磷酸盐的物质的量比(M/P)对MPC水泥性能的影响规律。结果表明:制备低成本高性能的MPC净浆的最优配比为:M/P比为6:1,水胶比为0.16,其3h和1d抗压强度很高,达到36.1MPa和49.6MPa。当内掺40%粉煤灰(Fly ash,FA)或20%磨细矿渣(Slag,SG)时,其3h抗压强度分别达到了27.3MPa和32.5MPa,比基准MPC净浆降低了24.4%和10%,但是,仍然具有早强特性,其1d抗压强度分别仍然高达35.5MPa和43.6MPa。制备低成本高性能的MPC砂浆的最优配比为:M/P比为6:1,胶砂比为1:1,水胶比为0.18,基准MPC砂浆3h抗压强度达到30.5MPa,内掺40%粉煤灰或20%矿渣,同样具有良好的快凝、早强和高强特性。(2)混凝土缺陷的MPC材料快速修补技术与修补性能。系统研究了基准MPC、掺加40%FA的MPC(简称FAMPC)和掺加20%SG的MPC(简称SGMPC)修补材料对机场道面混凝土裂缝和表面剥落等不同类型缺陷的修补方法,并通过抗折粘结强度、劈裂抗拉粘结强度、表面拉拔强度和断裂韧性来评价其修补性能。MPC净浆对混凝土道面裂缝直接修补后,3h劈裂抗拉粘结强度达到1.56MPa,为原基体强度的61.6%,28d能达到原基体的87.3%;采用FAMPC净浆修补裂缝的3h和28d劈裂抗拉粘结强度比基准MPC净浆修补略有降低,降低幅度分别为21.7%和5.4%;采用SGMPC净浆修补裂缝后的3h和28d劈裂抗拉粘结强度比基准MPC净浆修补反而分别提高了3.2%和3.1%。基准MPC净浆修补裂缝3h后的断裂韧度达到0.3941 2MPam??,为原基体断裂韧度的56.2%,7d和28d均达到原基体的89.6%。采用FAMPC和SGMPC净浆修补裂缝的3h、7d和28d断裂韧度比基准MPC净浆修补略有降低,而且后者的降低幅度更小。通过MPC砂浆修补混凝土表面剥落面后,其3h表面拉拔强度达到0.34MPa,28d达到0.66MPa;采用FAMPC和SGMPC砂浆修补时其3h和28d表面拉拔有所下降,不过,后者的降低幅度较小,约为0.3MPa和0.65MPa。可以发现,基准MPC和SGMPC因其早强特性,更加适合于裂缝和表面剥落的快速修补。MPC修补材料对水泥混凝土的修补效果与MPC修补材料自身的性能有关,与MPC的原材料、配比等无关。(3)混凝土缺陷用MPC修补后的耐久性。研究了混凝土表面缺陷修补后的耐水性能、混凝土基体表层砂浆修补的抗海水腐蚀性能,试验中选用了氯化钠溶液作为腐蚀性介质。结果表明:表面剥落混凝土经基准MPC砂浆修补后其耐水性能性能优良,养护3h后其3h的表面吸水速率只有8 1 23.13 10 g s mm?????。经过基准MPC砂浆对混凝土表层进行修补的混凝土试件,在模拟海水侵蚀28d后,其抗腐蚀系数为0.843,FAMPC砂浆与SGMPC砂浆修补后的抗腐蚀系数分别为0.764和0.849;在模拟海水侵蚀60d后,其自由氯离子扩散系数为6 2 19.03 10 mms????,FAMPC砂浆与SGMPC砂浆修补后的基体抗氯离子渗透系数分别为6 2 19.997 10 mms????和6 2 18.771 10 mms????,且均随着暴露时间的增加而减小,表明MPC材料可以用于沿海地区机场道面的快速修补要求。(4)探讨了MPC材料的施工工艺及其在机场道面快速修补工程中应用的修补方法。
【关键词】：快速修补材料 磷酸镁水泥 含硼氧化镁 矿物掺合料 基本力学性能 修补性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414;V351.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 注释表16-17
• 第一章 绪论17-31
• 1.1 研究背景及意义17
• 1.2 盐湖提锂副产氧化镁的综合利用问题17-19
• 1.3 磷酸镁水泥的国内外研究现状19-25
• 1.3.1 磷酸镁水泥的制备19-22
• 1.3.2 磷酸镁水泥的水化机理及水化产物22-23
• 1.3.3 工程应用技术研究23-25
• 1.4 土木工程结构修补材料及其效果评价方法25-29
• 1.4.1 土木工程结构的常用修补材料25-26
• 1.4.2 常用的工程修补方法26-28
• 1.4.3 结构修补效果的评价方法28-29
• 1.5 用盐湖提锂副产氧化镁制备磷酸镁水泥可能存在的技术问题29-30
• 1.6 本文的目的与研究内容30-31
• 第二章 试验原材料与方法31-38
• 2.1 试验原材料31-32
• 2.2 试验方法32-38
• 2.2.1 MPC制备方法32-33
• 2.2.2 基本性能试验方法33-35
• 2.2.3 耐久性试验方法35-38
• 第三章 MPC修补材料的基本物理力学性能38-52
• 3.1 MPC净浆修补材料的物理力学性能38-48
• 3.1.1 MPC净浆的凝结时间38-40
• 3.1.2 MPC净浆的流动度40-42
• 3.1.3 MPC净浆的强度42-48
• 3.2 MPC砂浆修补材料的物理力学性能48-51
• 3.2.1 MPC砂浆的流动度48-49
• 3.2.2 MPC砂浆的强度49-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章 机场道面混凝土缺陷的MPC材料快速修补技术与性能52-81
• 4.1 裂缝的修补方法52-53
• 4.1.1 切割面的修补52
• 4.1.2 裂缝的修补52-53
• 4.1.3 表面剥落的修补53
• 4.2 混凝土切割面的修补性能53-60
• 4.2.1 MPC净浆修补的效果53-57
• 4.2.2 MPC砂浆修补的效果57-60
• 4.3 混凝土裂缝的修补性能60-64
• 4.3.1 混凝土基体直接用MPC净浆修补后的强度60-61
• 4.3.2 混凝土基体开槽后用MPC净浆修补后的强度61-64
• 4.4 混凝土表面剥落修补技术64-73
• 4.4.1 混凝土基体表面剥落面的粗糙度评价64-66
• 4.4.2 混凝土基体上表面用MPC砂浆修补后的强度66-67
• 4.4.3 混凝土基体侧面用MPC砂浆修补后的强度67-68
• 4.4.4 混凝土基体底面用MPC砂浆修补后的强度68-69
• 4.4.5 MPC砂浆修补混凝土不同表面的强度差异69-70
• 4.4.6 MPC砂浆修补混凝土表面剥落的修补强度与修补材料强度之间的关系70-73
• 4.5 断裂韧度试验测试73-80
• 4.5.1 MPC净浆修补混凝土时的界面断裂韧度74-75
• 4.5.2 MPC砂浆修补混凝土时的界面断裂韧度75-76
• 4.5.3 MPC修补混凝土的界面断裂韧度与修补材料强度之间的关系76-80
• 4.6 本章小结80-81
• 第五章 机场道面混凝土缺陷用MPC材料修补后的耐久性81-90
• 5.1 试验方案81
• 5.1.1 水渗透性能81
• 5.1.2 表层砂浆修补的抗海水腐蚀性能81
• 5.1.3 抗氯离子渗透性能81
• 5.2 水渗透性能研究结果分析81-84
• 5.2.1 混凝土基体上表面的吸水速率82-83
• 5.2.2 混凝土基体侧面的吸水速率83-84
• 5.2.3 混凝土基体底面的吸水速率84
• 5.3 表层砂浆修补的抗海水腐蚀性能结果分析84-86
• 5.4 抗氯离子渗透性能研究结果分析86-89
• 5.4.1 氯离子扩散基本规律研究86-88
• 5.4.2 自由氯离子扩散系数规律研究88-89
• 5.5 本章小结89-90
• 第六章 MPC工程应用探讨90-94
• 6.1 MPC材料施工工艺90-93
• 6.2 MPC材料的机场道面应用93-94
• 第七章 结论、创新与建议94-96
• 7.1 结论94-95
• 7.2 创新95
• 7.3 建议95-96
• 参考文献96-99
• 致谢99-100
• 在学期间发表的学术论文100

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本文编号：256227