碳纤维增强磷酸镁水泥砂浆的力学性能研究

改善磷酸镁水泥砂浆(MPCM)的韧性有利于促进其在混凝土结构加固和修复领域的应用。为了增强MPCM的韧性,对比研究了未处理和硝酸预处理碳纤维对MPCM力学性能的影响,分析了碳纤维增韧MPCM的机制。结果表明,当碳纤维质量掺量为0.4%时,MPCM 7d抗折强度增大44.5%;3~6mm碳纤维有利于提高MPCM的抗压强度,而6~10mm碳纤维更有利于提高MPCM的抗折强度;未处理碳纤维与磷酸镁水泥(MPC)水化产物之间为物理作用,碳纤维未能充分发挥增韧效果;在40~60℃、浓度68%的硝酸中浸泡30~60min有利于改善碳纤维与MPC水化产物的界面粘结,使预处理后的碳纤维和MPC水化产物产生嵌合作用,显著增强了MPCM的力学性能和韧性。     

MgO晶须增强磷酸镁水泥力学性能的研究

MgO 晶须弹性模量高,长径比大,掺加到磷酸镁水泥(MPC)中可以产生增强增韧作用。研究了水料比、缓凝剂掺量不同时 MgO 晶须对 MPC 力学性能的影响,采用 SEM 和重量法研究了 MgO 晶须在 MPC 中的分布及水化,分析了 MgO 晶须增强 MPC 的机理。结果表明,掺加3%~5%的 MgO 晶须使 MPC 在水料比和缓凝剂掺量较高时获得良好的早期强度;MgO 晶须在 MPC 中搭接形成网络结构,并通过晶须桥联、裂缝偏转等作用,使 MPC 的早期力学性能显著增强;MgO 晶须参与水化,提高了晶须与 MPC 基体的握裹力和相容性;随着龄期延长,晶须水化程度加深,使 MPC 基体更加致密,后期抗压强度增长明显,但晶须的桥联作用逐渐减弱,MPC 的后期抗折强度增长幅度较小。     

玻璃纤维对磷酸镁水泥砂浆力学性能的增强作用及机理

添加不同体积比的玻璃纤维,按照一定比例配制玻璃纤维增强磷酸镁水泥。研究了玻璃纤维增强磷酸镁水泥的抗压强度、抗折强度以及耐水性,并采用电镜扫描的方法对其微观结构进行了观察。研究结果表明,玻璃纤维对磷酸镁水泥的抗压强度和抗折强度都有一定贡献,其中纤维的最佳体积掺量约为2.5%,但超过最佳掺量后,抗压和抗折强度都有所降低。另外,实验结果还表明,稍过量的玻璃纤维能够暂时"包裹"未反应基材,可能在浸水环境中发生又一轮反应,从而抵消因浸水造成的强度损失,这可能是一种改善磷酸镁水泥耐水性的新方法。此外,本工作提供了与实验结果一致的纤维增强机理的可能解释。     

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH₂PO₄为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明：MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。     

海工磷酸镁水泥基材料的制备及性能研究

选用海砂、海水制备了海工磷酸镁水泥基材料,研究了该材料的贮存性能,早期强度特性及抗海水侵蚀性能。结果显示磷酸镁水泥有着良好的贮存性能,原材料按一定方式存放360d后,水泥强度降低不超过5%,原材料存放1000d后,水泥强度降低不超过10%;所制备的海工磷酸镁水泥基材料,2h的抗压强度均达到28MPa以上,1d抗压强度已达52MPa以上,凝结时间在25min以内;所制备的海工磷酸镁水泥胶砂抗海水侵蚀性能良好。     

海工磷酸镁水泥基材料强度特性及其微观机理分析

将采用海砂、海水制备的海工磷酸镁水泥基材料,分别在海洋气候环境下自然养护和海水中浸泡养护,通过对材料强度特性、微观结构及组成的测试分析,研究材料的长期强度发展规律、抗海水侵蚀性能及其微观作用机理。结果表明:海工磷酸镁水泥基材料的力学性能受海砂、海水的影响不大,材料长期强度发展较好,自然养护下材料7d的抗压强度达到43MPa以上,900d的抗压强度达到90MPa左右;海工磷酸镁水泥基材料抗海水侵蚀性能较好,海水浸泡养护900d时抗压强度达到37.9MPa;初步建立了材料微观组成结构与宏观特性的关系,为进一步提高材料应用特性打下理论基础。     

磷酸镁水泥增韧改性研究进展

磷酸镁水泥(MPC)具有快凝快硬、早期强度高、流动性好等优点,但突出的高脆性问题严重限制了它的工程应用。综合国内外磷酸镁水泥韧性改善的研究进展,对比分析磷酸镁水泥主要增韧改性方式聚合物乳液、短切纤维和纤维织物对磷酸镁水泥的增韧改性效果。聚合物乳液掺量较高时可改善MPC的变形、抗裂能力,但是会导致MPC早期工作性能和强度降低,限制了聚合物乳液在MPC增韧改性方向的应用;短切纤维和纤维织物对MPC的粘结性、抗裂性和抗冲击性能均具有较好的改善作用,采用高弹性模量纤维增韧有利于MPC在混凝土道路抢修、混凝土结构快速修补、隧道用喷射混凝土等方向的应用。     

EVA乳液对磷酸镁水泥性能的影响研究

选择原材料是改善磷酸镁水泥性能的重要方法,为扩大磷酸镁水泥的应用范围,对EVA乳液改性磷酸镁水泥进行研究,结果表明,EVA乳液的掺加对磷酸镁水泥的凝结时间与流动性影响小;磷酸镁水泥的抗压与抗折强度均随着EVA乳液掺量的增大,表现出先提高后降低的趋势,但存在不同的适宜掺量;EVA乳液显著增大磷酸镁水泥的粘结强度与断裂能;微观分析表明EVA乳液不改变磷酸镁水泥水化产物类型,但改变水化反应速度,影响水化产物形貌,其中MgNH4PO4·6H2O主要以柱状存在,并且结构更加致密。     

纤维增强活性粉末混凝土高温力学性能的实验研究

研究了钢纤维、聚丙烯纤维和PVA纤维的不同掺量以及纤维复掺在90℃、200℃和400℃高温养护时活性粉末混凝土的力学性能和微观结构.结果表明,200℃高温养护,单掺钢纤维时,RPC的抗折强度与90℃的相近,但抗压强度提高,迭210.2MPa;单掺聚丙烯纤雏时,由于其高温熔解,形成三维网络结构,与RPC融为一体,抗压强度显著提高,当掺量为1.5%(体积分数)时,强度达242.6MPa.纤维复掺时抗折强度与钢纤维相近,但抗压强度有所提高,200℃养护时达265 MPa.400℃养护时,随水胶比降低,强度进一步增大,当水胶比为0.12时,抗压强度达333.4MPa.     

缓凝剂硼砂对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

为了探讨缓凝剂硼砂(B)对磷酸镁水泥(MPC)的作用机理,测试和分析了不同掺量硼砂(B)的磷酸镁水泥(MPC)浆体的凝结时间、pH值、体系温度以及硬化体的强度和微观结构。结果表明:硼砂在一定掺量范围内对磷酸镁水泥(MPC)浆体有较明显的吸热降温促进作用和调节pH值作用,两种作用均可减慢浆体的水化反应速度且进一步影响硬化体的微观结构形貌和强度。由此推论硼砂在磷酸镁水泥(MPC)浆体中,除在MgO表面形成保护膜外,还通过降低体系温度和调节浆体pH值进而减慢水化反应速度来延缓浆体的凝结,随着硼砂(B)掺量的变化,不同因素起主导作用。     

磷酸二氢钾粒度对磷酸钾镁水泥性能影响

KH2PO4作为磷酸钾镁水泥主要原材料,与其性能直接相关。研究了KH2PO4粒度对磷酸钾镁水泥的流动性、凝结时间、抗压强度、粘接强度、水化浆体温度和孔隙率等方面的影响。结果表明,随着KH2PO4粒径的减小,磷酸钾镁水泥的凝结时间缩短,流动度先增加后减小;材料抗压强度和粘接强度逐渐增大,中位粒径为45μm时,3h抗压强度达32 MPa,1d粘接强度达4.3MPa;KH2PO4的粒度对磷酸钾镁水泥的水化热有较大影响,对于100mm×100 mm×100mm的试块,成型后中心最高温度逐渐升高,最高可达79.5℃;随着KH2PO4粒径降低,磷酸钾镁水泥的平均孔径降低,孔隙率降低,材料致密程度相应提高。同时,粒径的减小也明显减轻了磷酸钾镁水泥所存在的"泛霜"现象。     

苎麻纤维水泥基材料的力学性能与自收缩试验研究

通过在水泥基材料中掺入苎麻纤维,并对比掺入钢纤维和聚丙烯纤维,研究苎麻纤维对水泥基材料抗压强度、抗折强度、自收缩及电阻率的影响。结果表明,当苎麻纤维掺量分别为0.4%,0.9%时,水泥基材料7 d自收缩降低13.4%,30.8%,28 d抗压强度分别提高2.2%和8.2%,抗折强度则提高9.6%,13.4%;钢纤维与聚丙烯纤维显著提高了水泥基材料7与28 d的抗压和抗折强度,而苎麻纤维更有利于水泥基材料早期自收缩的降低;随着苎麻纤维掺量的增加,水泥基材料的7 d自收缩与3 d电阻率显著减小,二者呈线性相关。     

纤维增强磷酸镁水泥基复合材料研究进展

磷酸镁水泥(MPC)是一种由重烧氧化镁与可溶性磷酸盐通过酸碱反应在早期形成高强度的新型无机胶凝材料，具有强度发展迅速、碱度低、粘接能力强等优势。然而，由于微观结构、物相组成等特点，MPC脆性大，易开裂，其应用受到极大影响。通过纤维增强提升韧性的纤维增强磷酸镁水泥基复合材料(FRMPC)引起了人们的广泛关注。本文系统介绍了近年来不同类型纤维制备的FRMPC的抗压、抗拉和抗弯等力学性能，结合MPC自身特性分析了不同纤维通过桥接、界面作用的增韧机制，并分析了FRMPC现阶段的主要应用途径，在纤维增强水泥基材料的研究进展基础上提出了未来FRMPC在组成设计、分析测试和机理研究等方面的发展趋势。     

钢纤维对超高性能混凝土抗弯力学性能的影响

为研究长、短钢纤维对超高性能混凝土（UHPC）受弯力学性能的影响,设计并制作了13组标准养护条件下的UHPC试件,其中3组为掺单一型短钢纤维,其他组均为掺混杂型钢纤维,对其进行立方体抗压及四点抗折试验。结果表明：对于掺加单一型短钢纤维的钢纤维/UHPC,钢纤维体积掺量为5vol%时,抗折强度最大,为19.98 MPa,继续增加钢纤维掺量,抗折强度反而降低;掺混杂型钢纤维的UHPC比单一型的抗折强度高,并且当长、短钢纤维体积掺量分别为2vol%和1vol%时,抗折强度达到最大,为23.55 MPa;钢纤维/UHPC的抗弯力学性能主要受长纤维的影响,短纤维影响较小;长纤维掺量对钢纤维/UHPC的抗折强度、延性以及抗弯韧性有一定影响,但是主要取决于长、短纤维的搭配,长、短纤维体积掺量最优搭配为2vol%和1vol%。     

钢渣细度和掺量对钢渣复合水泥力学性能的影响

为找出在钢渣复合水泥中钢渣的最佳细度和最佳掺量,从钢渣的粉磨时间、掺量、不同助磨剂的作用和水泥配比等方面研究钢渣细度及掺量对复合水泥力学性能的影响,分析各个影响因素的作用。结果表明,随着磨细钢渣粒度的减小,钢渣复合水泥的抗折、抗压强度会有不同程度的提高;磨细钢渣的掺量为10%和20%时,钢渣复合水泥的力学性能较好,抗折、抗压强度甚至超过纯水泥;当掺量为30%和40%时,复合水泥力学强度下降幅度较大,3 d抗折强度不符合国家标准规定。     

粉煤灰掺量对轻烧氧化镁基制备3d打印用磷酸镁水泥性能的影响

以实现轻烧氧化镁为原料制备低碳磷酸镁水泥材料的3d打印为目标,采用自主研发的混搅挤功能一化建筑3d打印设备,探究了不同粉煤灰掺量对以轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥材料性能与打印性能的影响规律,并结合XRD与SEM微观试验进一步分析粉煤灰对其水化产物及晶体样貌的影响。结果表明：与重烧氧化镁相比,由轻烧氧化镁制备磷酸镁水泥的凝结时间大幅缩短;粉煤灰的加入对材料凝结时间影响较小,均在2～3 min左右,但对抗压强度与界面粘结强度有负面影响,当粉煤灰掺量为磷酸镁水泥质量的30%时,抗压强度及界面粘结强度分别下降约34.24%、48.94%;粉煤灰掺量在20%以内时,可有效改善轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的干缩率,提高体积稳定性;粉煤灰中的活性物质参与水化反应,生成的水化产物与磷酸镁水泥展现出良好的化学相容性,使结构内部更为密实;当粉煤灰掺量为20%～25%时,制备的3d打印用轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的工作性能、体积稳定性能、挤出性能以及建造性能,且满足3d打印对水泥基材料的力学要求。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的力学性能及微观结构

本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）悬浮液,通过FTIR、XRD和AFM等测试技术对GO晶体结构和尺寸形态进行了表征,考察了GO掺量和水灰比的变化对GO增强水泥基复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：GO增强水泥基复合材料抗折抗压强度随GO掺量增加而先提高后降低,且对于抗折强度增强效果远超过抗压强度,当GO掺量为0.03%时,抗折强度达到最大值13.72 MPa;高水灰比条件下掺入GO对水泥胶砂强度的提高更显著;通过SEM对GO增强水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,细化晶体尺寸,形成更加致密均匀的网络结构,从而改善水泥基复合材料的宏观性能。     

缓凝剂对磷酸镁水泥性能及其水化机制影响研究进展

磷酸镁水泥(MPC)作为一种新型无机胶凝材料,具有早期强度高、干缩小、耐久性好等优良性能,在土木结构工程的快速修补和危废快速固化处理等领域有着极大优势.但磷酸镁水泥因强烈的放热反应,凝结速度过快,可施工操作性较低,所以其缓凝技术研究成为了该类材料规模化应用需解决的关键技术之一.缓凝剂的添加,可有效延缓磷酸镁水泥的凝结速度,改善其可施工操作性.本文基于国内外磷酸镁水泥缓凝剂研究,综述了几种常用的缓凝剂(硼砂(B)、硼酸(BA)和三聚磷酸钠(STP))对磷酸镁水泥性能(水化热、抗压强度、凝结特性)及其水化机制的影响,对其缓凝机理进行了分析讨论.就当前缓凝剂改性MPC研究中的优势及不足,并结合实际应用需求展望其今后研究和发展方向,为MPC后续缓凝研究提供文献支撑.     

铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响及其在复合磷酸盐磷酸镁水泥中的稳定性。实验结果表明,复合磷酸盐磷酸镁水泥抗压强度随着铅离子掺量的增加而降低,其中硝酸铅掺量达到10%时,复合磷酸盐磷酸镁水泥的各个龄期的抗压强度发生明显下降。铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥凝结时间没有明显影响。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化过程中,铅离子对水泥体系的pH值影响不大,但能够造成水泥水化放热峰出现的时间延迟,水化放热的总量减少并影响主要水化产物的结晶程度。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化反应后期,当硝酸铅掺量达到10%以上时,在水化产物中出现了较为明显的Pb2P2O7的衍射峰。复合磷酸盐磷酸镁水泥固化铅离子的浸出毒性试验结果(43μg/L)远低于国家标准要求(5mg/L)。     

早强磷硅酸盐水泥的制备和性能

以MgO含量较低的镁砂和粉煤灰为主要原料，制备了磷硅酸盐胶凝水泥（MPSC），研究力学性能．结果表明，磷硅酸盐水泥凝结快，早期强度高．掺入30％-50％的粉煤灰可明显地提高MPSC的早期和长期抗压强度，其中以粉煤灰掺量为40％效果最好．使用MgO含量较高而且颗粒较细的镁砂，制备出的水泥具有较高的强度．水泥石的水化产物以无定形为主，伴以少量的六水水化磷酸镁钾晶体．硬化水泥石中有许多未水化的镁砂，可作微集料．粉煤灰填充了反应物之间的空隙，使基体的密实度提高；粉煤灰参与水化反应提高了材料的胶凝性能．