不同养护温度对于磷酸镁水泥砂浆的强度性能研究

不同养护温度对于磷酸镁水泥砂浆的强度性能研究

周玉政1,秦建恒2,陶辰嘉3,赵彦彦通讯作者

山东协和学院 山东省济南市 250107

【摘要】在每组磷酸镁水泥砂浆试块成分及比例相同，除温度外，其他环境条件都相同的条件下，对磷酸镁水泥砂浆强度进行研究。通过在不同温度（100℃、200℃、、300℃、400℃，-10℃，-20℃），其他条件都相同的环境下对磷酸镁水泥砂浆性能强度性能进行研究发现，磷酸镁水泥砂浆在200℃以下时，强度减小较大，在200℃~400℃时，强度也在持续下降，但减小程度减小。在随温度的增加时，表面颜色会发生变化，体积也会有略小的收缩。在负温条件下的磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度有所降低，其表面颜色和体积没有明显变化。总体来讲其整体结构能保持完整，磷酸镁水泥砂浆在不同温度环境下具有较好的稳定性。

【关键词】：磷酸镁水泥砂浆、强度性能、温度

1 引 言

磷酸镁水泥（Magnesium phosphate cement，MPC）又被称为化学结合磷酸盐陶瓷，是一种新型无机胶凝材料，早在20世纪三四十年代Prosen和Earnshaw就发现MPC材料可应用于铸造业。MPC是一种酸碱中和反应为基础形成化学键而产生的胶凝材料，国外学者又将其命名为CBPCs（Chemically bonded phosphate ceramics）。这种胶凝材料具有传统水泥所不具有的优异性能。与普通硅酸盐水泥相比，具有快速凝结，快速硬化，比旧混凝土的粘结强度更高，耐磨度和抗冻性更好的，干缩小等众多优点，主要用于墙体裂缝快速修补、补牙材料、建筑材料、特种模具等方面。

针对我国北方大多地区昼夜温差的原因，作为墙体裂缝修补材料的磷酸水泥砂浆在不同温度下的强度稳定性能也要有一定的要求。但是目前关于温度对磷酸镁水泥砂浆性能的影响，尤其是在各个温度阶段下磷酸镁水泥砂浆强度的变化、体积的变化、颜色的变化等都缺乏足够的研究。本文将根据不同温度下，对作为墙体开裂快速修补的磷酸镁水泥砂浆的强度稳定性能进行研究。

2 实 验

2.1 材料

重烧（Mgo）由菱镁矿经1700℃煅烧、破碎粉磨过200目筛（筛孔直径为47μm），密度和比表面积分别为3.42g/cm3和230m2/kg，硼砂（浓度大于95%）和磷酸二氢铵（纯度大于99%）为外购工业级化工原料，均磨细过200目筛（筛孔直径74μm）。

2.2 方 法

将重烧氧化镁（Mgo）和磷酸二氢铵（）(二者摩尔比为4：1)与占氧化镁质量3%的硼砂放入20mm×20mm×20mm的模具中，将其移至到振动台进行振动密实，振动时间分别为30s。试块共四组，每组分别制作三块试块，四组试块分别采用自然养护，温度为（20±2）℃，相对湿度60%左右养护，养护时间为28天，使其成型得到磷酸镁水泥试块，28天后对试块进行拆模。

由于环境湿度变化对磷酸镁水泥性能影响较小，所以在实验过程中不针对湿度进行控制。环境温度设定为100℃、200℃、300℃、400℃时是通过调节烤箱温度来实现，-10℃，-20℃在室温里可完成。将拆模后的试块进行分组，共四组，每组三块并做好标记。将四组试块分别放入100℃、200℃、300℃、400℃，-10℃，-20℃的环境下进行养护，养护时间分别为24小时。24小时后将试块取出，分别进行强度性能测验，测验器具为抗压测试机。在测抗压强度前观察磷酸镁水泥砂浆试块在不同温度下的外部颜色，体积的变化形式，并做好记录进行分析。将每组试块编号为1的试块进行抗压强度试验，根据抗压测试机显示器所显示的抗压强度曲线波动来进行四组试块的强度性能对比。再将每组试块编号为2的试块进行抗压强度实验，然后得出四组试块的抗压强度性能曲线来进行对比。相同的步骤分别将每组试块编号为3、4的试块进行抗压强度实验，得出来的抗压强度曲线分别进行对比。

3 实验结果与讨论

3.1 不同温度处理下试块的外部表现形貌分析

对于自然条件下养护28d的磷酸镁水泥砂浆试块，其外部表现颜色为棕黄色。当在100℃的环境下养护24小时后，其外部表现颜色也为棕黄色。在200℃和300℃的环境下养护24小时后，其外部表现颜色为淡黄色。当在400℃的环境条件下养护24小时后，其外部表现颜色为黄色，并伴有表面发黑现象。与高温条件下的磷酸镁水泥砂浆试块不同，在负温环境条件下其外部颜色并没有发生明显变化。

3.2 试块体积的变化

从在不同温度分别养护24小时的磷酸镁水泥砂浆试块的体积进行分析，发现在400℃的环境下养护的试块体积有所减小，但变化的并不明显。其他温度下养护的磷酸镁水泥砂浆试块体积大致相等，没有太大变化。可见，在400℃以下的环境下，磷酸镁水泥砂浆试块体积变化率较小，有较好的稳定性。在负温条件下，磷酸镁水泥砂浆试块的体积没有明显变化。

3.3 试块抗压强度

在100℃环境下，磷酸镁水泥砂浆试块抗压强度可达到120MPa，但在200℃时，磷酸镁水泥砂浆试块抗压强度却下降到60MPa，在这100℃~200℃的区间，磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度损失了大约52％。在300℃和400℃时，磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度也在持续下降，但下降趋势有所减少。直到400℃时，其抗压强度下降到了42MPa。

在负温条件下的磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度与高温条件下的磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度相对较低。在-10℃的环境条件下，磷酸镁水泥砂浆试块抗压强度可达到35MPa，在-20℃环境条件下，硫酸镁水泥砂浆试块抗压强度可达到30MPa，相对于-10℃环境时的抗压强度来讲，有略微下降。

4. 结 论

（1）磷酸镁水泥砂浆试块在高温下具有很好的稳定性能，随着温度的增加，除表面颜色发生较小的变化，其他情况均表现良好，即使在400℃的高温下也能保持结构的完整性。在负温条件下的磷酸镁水泥砂浆试块表面颜色没有明显变化。

（2）高温条件下，磷酸镁水泥砂浆试块会产生体积收缩，但根据本实验研究来看，在400℃以下的环境，磷酸镁水泥砂浆试块的体积并不会有太大的收缩现象。负温条件下，磷酸镁水泥砂浆试块体积没有发现明显的变化。

（3）磷酸镁水泥砂浆试块会随着温度的增加会有明显的强度损失，其中在100℃~200℃期间的磷酸镁水泥砂浆试块强度损失最为严重，在200℃~400℃期间磷酸镁水泥砂浆试块强度损失持续增加，但强度损失强度有明显的减少。在负温条件下，磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度比高温情况下的抗压强度较低，在-10℃~-20℃温度环境变化时，磷酸镁水泥砂浆试块的抗压强度会略微降低。

参考文献

[1]陶琦，王岩.负温下磷酸镁水泥混凝土的力学性能与抗冻性能[J].冰川冻土2018，40（6）：1181-1186.

[2]赖振宇，钱觉时，卢忠远，李倩，邹秋林.不同温度处理对磷酸镁水泥性能影响[J].功能材料2015（042）015：2065-2070.

[3]王庆珍，钱觉时，秦继辉，尤超，汪宏涛.环境温度对磷酸镁水泥凝结时间和强度发展影响[J].硅酸盐学报2013,41(11):1493-1498.

[4]孙道胜，孙鹏，王爱国，许炜.磷酸镁水泥的研究与发展前景[J].材料导报2013，27（5）：70-75.

开放性实验项目名称：用于墙体开裂缝快速修补的磷酸镁水泥砂浆的力学性能实验

项目编号：2022SYKF39