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原文传递针对高温低湿环境的磷酸镁水泥基修复材料设计及其性能研究

论文题名：	针对高温低湿环境的磷酸镁水泥基修复材料设计及其性能研究
关键词：	铁路养护;修补材料;磷酸镁水泥;高温低湿环境
摘要：	川藏铁路是我国“十三五”交通建设重点工程和国家重点推进的沿边铁路中的一条重要铁路线。川藏铁路具有多变且恶劣的环境条件，部分地区降水稀少，环境温度较高，并且昼夜温差大，易造成该环境下服役的混凝土表面水分快速蒸发，容易产生干缩开裂，从而导致其强度下降，严重影响实际的使用性能。因此，本文拟开发一种能够适应高温低湿环境变化的快速修补材料对于产生病害的混凝土及时进行修补，从而满足特殊环境下对结构快速修复材料的需求。　　磷酸镁水泥（MPC）具有硬化快，早期强度高，耐高温，与旧混凝土粘结性能好等优点，并且在低湿环境强度也能稳定增长，是一种环境适应性强的快速修补材料，因此在许多混凝土结构的维修和加固中具有广泛应用前景。但是 MPC自身硬化快，在高温环境凝结更加迅速，给现场施工造成了困难，如何合理调控不同因素，使得MPC同时兼顾工作性能和力学性能，使其满足在高温低湿环境快速修复材料的性能要求，是本课题研究的主要内容。　　由于磷酸镁水泥水化产物在60℃以上将开始分解，因此本文首先探究了50℃极限使用温度下MPC的性能变化规律，重点分析了镁磷质量比(M/P)，硼镁质量比(B/M)，水灰质量比(W/C)等因素的变化。然后在此规律上也研究了在 30℃和40℃环境温度下的最佳配合比及更具有环境适应性的配方，并使用该配方进一步研究了不同温度对磷酸镁水泥的工作性能，力学性能，水化温度，物相组成，水化产物生成量，孔结构，微观结构和粘结性能的影响。最后对耐久性进行了评估。研究结果表明：　　在50℃下，M/P为2:1的MPC试件工作性能最好，强度最高，早期强度增长迅速，能满足迅速通车的要求。硼砂是调控MPC工作性能和力学性能的重要因素，该温湿度环境下 B/M 为 17.5%最佳。用水量的增加可以有效抵抗高温低湿环境MPC 浆体水分蒸发过快导致的流动度下降，但是也会导致 MPC 硬化体结构内部的孔隙增多，抗压强度和粘结强度有所下降。在 50℃，相对湿度 30%的环境中，M/P=2∶1，B/M=17.5%，W/C=0.18的MPC快速修补材料凝结时间为28min，初始流动性为180mm，15min流动性为145mm，3h强度=18.4MPa，是满足技术指标的最佳配比。环境温度为30℃和40℃的最佳配方分别为M/P=2∶1， B/M=15%，W/C=0.18以及M/P=2∶1，B/M=17.5%，W/C=0.16。能够同时满足30-50℃高温低湿环境技术指标的配方为M/P=2∶1，B/M=17.5%，W/C=0.18。环境温度的升高会导致MPC的工作性能降低，早期力学性能的提高，但中后期则会因为水化反应不充分影响了水化产物K-Struvite的结晶度和产量，导致强度增长缓慢。30-40℃养护的MPC试样中会生成含钠离子的棒状水化产物填充孔隙，使得中后期结构更加致密，强度也更高。MPC 修补材料的粘结强度随着养护温度的升高而降低。高温低湿环境会使得MPC修补材料在早期快速失水，导致体积收缩加快，但后期MPC的体积收缩率逐渐稳定，28d体积收缩率在4.5×10-4以下，因此修补材料在高温低湿环境下具有较好的体积稳定性。MPC 修补材料在短时间浸水有利于提高结构的致密性以及强度的发展，即使在养护28d时，各温度下的试样依然有较高的强度保留率，这说明MPC修补材料可适用于高温环境下对浸水的混凝土构件进行修复。养护温度越低，MPC 受冻后强度降低越快，因此养护温度的提高有利于MPC抗冻性能的提高，40-50℃养护的修补材料的抗冻性较好。
作者：	刘智
专业：	材料科学与工程
导师：	赖振宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南科技大学
学位年度：	2023