大流动性磷酸钾镁水泥浆体设计及性能试验研究

摘要

磷酸钾镁水泥（Potassium magnesium phosphate cement，MKPC）是一种由氧化镁、可溶性磷酸盐和缓凝剂组成的新型无机胶凝材料，具有快硬早强、粘结性高、体积变形小等优点，目前在国内大多用于路面的快速修补，尚有很大发展空间。若MKPC浆体具有较大的流动度则可以配合高压喷涂、灌浆等技术，应用于防腐涂层或是嵌缝材料，具有广泛的市场应用前景。 本文以大流动性MKPC浆体为研究对象，前期通过大量探索性试验确定大流动性MKPC浆体基本配合比，以流动度、强度变化、体积变形、水化温度、体积稳定性和吸水率为表征参数分别进行试验研究，并通过XRD、TG\DTA、SEM三种微观测试方法，研究了化学添加剂水玻璃对高水胶比下掺复合缓凝剂MKPC净浆的影响，发现水玻璃可以大幅提高试件的早期强度，解决了大流动性与早强之间的矛盾，呈碱性的水玻璃溶液亦可延缓水化反应进一步增加浆体流动度，使浆体呈自流平状态，并且水玻璃在浆体硬化后还可以堵实毛孔，也可以与体系中的Mg2+反应生成水合硅酸镁凝胶进一步密实孔径，减少毛细水蒸发，对硬化体体积稳定性和水稳定性均有提高作用，但后期强度发展不及空白组。在此基础上，继续添加硅灰、偏高岭土和粉煤灰以研究矿物掺合料对大流动性MKPC净浆的影响，使用矿物掺合料对硬化体进行改性优化可制备出性能更佳的MKPC浆体，试验发现掺偏高岭土可以显著增加硬化体的抗压强度，掺粉煤灰可以提高MKPC净浆与普通硅酸盐水泥砂浆的粘结性能。继而将研究对象扩展至MKPC砂浆，研究了骨料与矿物掺合料对大流动性MKPC砂浆性能的影响，试验发现相同胶砂比下，使用石英砂比河砂有更高的力学性能和更好的体积稳定性，使用相同骨料时，胶砂比大的强度更高，矿物掺合料的微集料作用和火山灰作用也可大幅改善MKPC砂浆性能，矿物掺合料颗粒的异相成核作用使硬化体早期强度显著增加，其中的活性成分与磷酸盐发生二次水化反应也大幅提高了后期强度，矿物掺合料对体积稳定性的改善也减少了与普通硅酸盐水泥砂浆粘结界面的微应力，增加了粘结抗折强度，平均粒径更小的矿物掺合料使硬化体更加致密从而改善了试件的水稳定性。 在材料性能试验的基础上，进行了大流动性MKPC浆体的应用探索，辅以三维间隔织物组成复合材料，发现三维间隔织物可以显著提高复合材料抗冲击性能和变形能力，故拟作为装配式混凝土墙板接缝材料；作为防水涂层材料增加普通混凝土的抗渗性能，因材料本身为致密的类陶瓷结构，仅2.5mm涂层厚度即可达到混凝土质量国标的最高标准，抗渗效果显著，应用前景广泛。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 磷酸钾镁水泥的研究现状

1.2.1 水化机理

1.2.2 缓凝机理

1.2.3 水化产物

1.3 磷酸镁水泥改性研究

1.3.1 工作性能

1.3.2 矿物掺合料改性

1.3.3 增韧改性

1.4 研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

第二章 试件制备与试验方法

2.1 试验原材料

2.2 试件制备与养护

2.2.1 试件尺寸

2.2.2 试件制备

2.2.3 养护条件

2.3 试验方法

第三章 大流动性磷酸钾镁水泥净浆组成结构设计及性能研究

3.1 前言

3.2 试验设计

3.3 水玻璃对磷酸钾镁水泥净浆性能的影响

3.3.1 流动度

3.3.2 强度变化

3.3.3 体积变形

3.3.4 水化温度

3.3.5 水稳定性

3.3.6 吸水率

3.3.7 微观分析

3.4 矿物掺合料对磷酸钾镁水泥净浆性能的影响

3.4.1 流动度

3.4.2 强度变化

3.4.3 体积变形

3.4.4 水化温度

3.4.5 水稳定性

3.4.6 吸水率

3.4.7 微观分析

3.5 本章小结

第四章 大流动性磷酸钾镁水泥砂浆组成结构设计及性能研究

4.1 前言

4.2 试验设计

4.3 骨料对磷酸钾镁水泥砂浆性能的影响

4.3.1 流动度

4.3.2 强度变化

4.3.3 体积变形

4.3.4 水稳定性

4.4 矿物掺合料对磷酸钾镁水泥砂浆性能的影响

4.4.1 流动度

4.4.2 强度变化

4.4.3 体积变形

4.4.4 水化温度

4.4.5 水稳定性

4.4.6 微观分析

4.5 本章小结

第五章 大流动性磷酸钾镁水泥应用探索

5.1 前言

5.2 三维间隔织物-MKPC复合材料

5.2.1 试验设计

5.2.2 试验结果与讨论

5.2.3 填缝工艺

5.3 混凝土防渗涂层

5.3.1 试验设计

5.3.2 试验结果与讨论

5.3.3 工程应用实例

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文