钢纤维纳米颗粒磷酸镁水泥砂浆力学性能试验研究

摘要

在对高速公路、市政道路、桥梁以及机场跑道和工业地坪等进行修复和加固时，往往需要在极短时间内完成以尽快恢复其使用。除此之外，如果修复加固工程处于寒冷的冬季，这就需要修复加固材料具备很强的温度适应性，进而确保在负温下的修复加固效果。磷酸镁水泥具有快硬早强、温度适应性强、强粘结和低干缩等优点，是解决以上难题的理想材料。本文通过掺加纳米颗粒和钢纤维，对磷酸镁水泥基体进行增强和增韧，进一步提升磷酸镁水泥基材料性能，研究纳米颗粒和钢纤维对浆体工作性能、基体抗压和劈拉强度以及弯曲韧性的影响。此外，借助SEM和XRD进行微观物相测试，揭示了纳米颗粒对磷酸镁水泥的改性机理和钢纤维对基体的增强增韧机理。　　主要研究内容和结论如下:　　(1)研究了纳米颗粒（纳米氧化铁、纳米氧化铝和纳米二氧化硅）、粉煤灰、水玻璃、硅灰和快硬硫铝酸盐水泥等对磷酸镁水泥凝结时间、水泥净浆流动度、水泥胶砂流动度和水泥砂浆抗压强度的影响。通过试验研究发现硅灰和快硬硫铝酸盐水泥会大幅降低砂浆工作性能，纳米二氧化硅、粉煤灰、水玻璃会略降低砂浆工作性能，纳米氧化铝和纳米氧化铁的掺加没有降低砂浆的工作性能，合适掺量下可以提高基体抗压强度，纳米氧化铁和纳米氧化铝最优掺量分别为2％和4％。通过SEM和XRD对纳米颗粒磷酸镁水泥进行微观物相测试，揭示纳米颗粒改性机理，通过研究发现纳米二氧化硅加入反应体系中会导致内部微观结构产生缺陷，同时磷酸盐的含量会降低，而纳米氧化铁和纳米氧化铝会对内部孔隙进行有效填充，并生成铝酸盐等物质，从而提高磷酸镁水泥砂浆的抗压/劈拉强度。　　(2)研究了纳米颗粒（纳米氧化铁和氧化铝）和钢纤维对磷酸镁水泥砂浆工作性能和抗压/劈拉强度的影响。结果表明:改变纤维类型，钢纤维纳米磷酸镁水泥砂浆工作性能的影响不大，掺加微细钢纤维时，钢纤维磷酸镁水泥砂浆力学强度较好;随着纤维掺量增加，工作性能逐渐下降，力学强度逐渐增加，纤维掺量超过1.5％时力学强度维持稳定;纳米颗粒的加入会改善钢纤维磷酸镁水泥砂浆的工作性能，当纳米氧化铝和纳米氧化铁取代量分别超过4％和2％时，力学强度不再继续增加。同时，纳米氧化铁和钢纤维的组合能够有效改善钢纤维磷酸镁水泥砂浆的工作性能，而纳米氧化铝和钢纤维的组合对钢纤维磷酸镁水泥砂浆的力学强度改善更明显。　　(3)研究了纳米颗粒（纳米氧化铁和氧化铝）和钢纤维对磷酸镁水泥砂浆弯曲韧性的影响。结果表明:微细钢纤维对水泥砂浆的弯曲韧性增强效果最明显，而仿钢纤维可以保证水泥砂浆跨中挠度超过2mm后仍有较好的延性;随纤维掺量的增加，荷载-挠度曲线的峰值荷载逐渐增加，弯曲韧性指数和等效弯曲韧度比逐渐增加，但纤维掺量超过1.5％时，峰值荷载和弯曲韧性指数均保持稳定;纳米氧化铝和纳米氧化铁的取代量为4％和2％时，钢纤维纳米磷酸镁水泥砂浆的荷载-挠度曲线更加饱满，同时弯曲韧性指数和等效弯曲韧度比也较好;除此之外，纳米氧化铝对钢纤维纳米磷酸镁水泥砂浆的弯曲韧性增强效果更明显。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1磷酸镁水泥的基本性能研究

1．2．2纳米材料对混凝土力学性能影响试验研究

1．2．3钢纤维增强混凝土力学性能试验研究

1．3研究思路

1．4研究内容

2纳米颗粒改性磷酸镁水泥砂浆工作与力学性能

2．1试验概述

2．1．1原材料

2．1．2试验配比

2．1．3测试内容及测试方法

2．1．4试样制作与养护

2．2掺料对磷酸镁水泥工作性能的影响

2．2．1掺料对磷酸镁水泥凝结时间的影响

2．2．2掺料对磷酸镁水泥净浆流动度的影响

2．2．3掺料对磷酸镁水泥砂浆流动度的影响

2．2．4影响流动度的原因分析

2．3掺料对磷酸镁水泥砂浆力学性能的影响

2．3．1粉煤灰对抗压强度的影响

2．3．2纳米氧化铝对抗压强度的影响

2．3．3纳米氧化铁对抗压强度的影响

2．3．4纳米二氧化硅对抗压强度的影响

2．3．5水玻璃对抗压强度的影响

2．4纳米颗粒磷酸镁水泥微观物相测试分析

2．4．1 SEM电镜扫描

2．4．2 XRD成分分析

2．5本章小结

3钢纤维纳米磷酸镁水泥砂浆基本力学性能

3．1试验方案

3．1．1试验材料

3．1．2测试内容及测试方法

3．1．3试样制作与养护

3．1．4试验配比

3．2工作性能试验结果分析

3．3钢纤维纳米氧化铝磷酸镁水泥砂浆基本力学性能试验结果与分析

3．3．1抗压强度

3．3．2劈裂抗拉强度

3．4钢纤维纳米氧化铁磷酸镁水泥砂浆基本力学性能试验结果与分析

3．4．1抗压强度

3．4．2劈裂抗拉强度

3．5本章小结

4钢纤维纳米磷酸镁水泥砂浆弯曲韧性

4．1试验方案

4．1．1试验材料

4．1．2试样制作与养护

4．1．3测试内容及测试方法

4．1．4试验配比

4．2纳米氧化铝钢纤维磷酸镁水泥砂浆弯曲韧性试验结果分析

4．2．1纤维类型的影响

4．2．2钢纤维掺量的影响

4．2．3纳米氧化铝替代量的影响

4．2．4龄期的影响

4．3纳米氧化铁钢纤维磷酸镁水泥砂浆弯曲韧性试验结果分析

4．3．1纤维类型的影响

4．3．2钢纤维掺量的影响

4．3．3纳米氧化铁替代量的影响

4．3．4龄期的影响

4．4本章小结

5结论与展望

5．1结论

5．2未来展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢