严寒环境抢修抢建用磷酸镁水泥混凝土的制备与力学性能研究

摘要

发生重大自然灾害时，快速修复损毁的道路桥梁等重要基础设施是保障抢险救灾工作顺利实施的关键。然而在严寒环境下，抢修抢建工程面临诸多困难，尤其是缺少能够快速凝结硬化并具有较高早期强度的修复材料，严重阻碍了抢修抢建施工顺利实施。与其它无机胶凝材料相比，磷酸镁水泥（MPC）具有快硬早强、水化放热容易控制、水灰比小等众多优点，被认为是最适宜严寒环境的快速修补用胶凝材料。　　利用轻烧MgO适量取代重烧MgO，制备了严寒环境下快速修补用MPC和磷酸镁水泥混凝土（MPCC），并应用于实际工程。系统研究了环境温度、轻烧MgO掺量等因素对MPC物理力学性能影响，通过XRD、SEM、TG-DSC等微观测试手段对MPC早强机理进行了研究。在此基础上，探究了浆集比、砂率、模具材质、试件尺寸等因素对MPCC物理力学性能影响，试验结果为工程实际应用提供了有力的支持。　　轻烧MgO的适量掺入使得严寒环境下制备的MPC依然可以正常凝结硬化，2h抗压强度超过30MPa。制备MPC时采用磷酸防冻剂降低拌合水冰点，温度为-10℃和-20℃时，轻烧MgO取代重烧MgO的适宜质量比分别为2%~4%和6%~8%；采用冰雪取代拌合水制备MPC，温度为0℃，-10℃，-20℃时，轻烧MgO的适宜掺量分别为2%~4%，4%~6%和8%~12%。当环境温度从负温恢复到常温，由于发生二次水化，MPC水化产物鸟粪石生成量会继续增加，MPC的28d抗压强度可以恢复到常温下制备的70%；经过沸煮试验和雷氏法检验，未发现MPC存在体积安定性问题。　　严寒环境下，浆集比对MPCC凝结时间影响与常温下相比更加显著，但对坍落度和扩展度的影响小于常温环境；砂率在（40%~50%）范围内变化对MPCC早期强度影响较小；W/C对MPCC早期强度影响较大，W/C宜为0.16~0.18；采用胶膜成型的MPCC试件抗压强度与工程现场回弹强度较为接近；负温养护28d的MPCC抗压强度为常温制备及养护的73%。　　掺加适量轻烧MgO和使用磷酸防冻剂，可以制备出用于严寒环境且具有良好工作性能和较高早期强度的MPCC，无养护条件下MPCC的2h抗压强度超过30MPa，1d抗压强度超过50MPa，能够满足抢修抢建工程对快速修补材料的高早强要求。

目录

1 绪 论

1.1 严寒环境抢修抢建的重要性及困难

1.2 严寒环境磷酸镁水泥研究现状

1.2.1 磷酸镁水泥作为严寒环境快速修补材料性能优势

1.2.2 磷酸镁水泥研究现状

1.2.3 磷酸镁水泥作为严寒环境快速修补材料存在问题

1.3.1 主要研究目标

1.3.2 主要研究内容

1.3.3 本课题研究意义和创新点

2 原材料及试验方法

2.1 主要原材料及其性质

2.2 试验方法

2.2.1 制备工艺及养护制度

2.2.2 MgO活性与水化程度测试

2.2.3 凝结时间和工作性能测试

2.2.4 力学性能测试

2.2.5 水化温升测定

2.2.6 体积稳定性和安定性测试

2.2.7 水化产物和微观结构

3 严寒环境下磷酸镁水泥制备及物理力学性能研究

3.1.1 拌合水的制备

3.1.2 防冻剂对磷酸镁水泥性能影响

3.1.3 轻烧MgO对磷酸镁水泥性能影响

3.2.1 流动性和凝结时间

3.2.2 力学性能

3.2.3 体积稳定性和安定性

3.3 本章小结

4 严寒环境下磷酸镁水泥混凝土物理力学性能及影响因素

4.1 胶集比对MPCC性能影响

4.1.1 胶集比对MPCC拌合物性能影响

4.1.2 胶集比对MPCC抗压强度影响

4.2 砂率对MPCC性能影响

4.2.1 砂率对MPCC拌合物性能影响

4.2.2 砂率对MPCC力学性能影响

4.3 水灰比对MPCC性能影响

4.3.1 水灰比对MPCC拌合物性能影响

4.3.2 水灰比对MPCC力学性能影响

4.4 模具材质、试件大小、负温养护时长对MPCC力学性能影响

4.4.1 模具材质对MPCC力学性能影响

4.4.2 试件大小对MPCC水化温升及力学性能影响

4.4.3 负温养护时长对MPCC后期强度影响

4.5 本章小结

5 严寒环境下磷酸镁水泥混凝土在道路修补工程中的应用

5.1 现场勘查与试验路段的选取

5.2 现场试验施工准备

5.3 MPCC快速修补施工

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研成果

C 学位论文数据集

致谢