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原文传递磷酸镁水泥机场快速修补材料的物理力学性能和耐久性

论文题名：	磷酸镁水泥机场快速修补材料的物理力学性能和耐久性
关键词：	修补材料;磷酸镁水泥;矿物掺合料;力学性能;机场跑道
摘要：	磷酸镁水泥（MPC）是一种气硬性胶凝材料，具备快硬、早强、黏结力强、耐久性好等优点，但是传统的MPC制备成本很高，限制了其工程应用。　　本文利用盐湖提锂副产含硼氧化镁作为重烧氧化镁的替代原料用来制备MPC。首先对课题组制备MPC的3个最优配比进行基本物理力学性能测试，并系统研究了最优配比下的MPC的凝结时间、流动度、不同龄期的抗压强度、抗折强度和粘结强度。此外，在最优配比条件下通过修补不同类型的混凝土缺陷，并进行相关的力学性能测试，以评价 MPC材料的修补性能。最后研究了混凝土缺陷用MPC修补后的耐久性。这种MPC材料实现了盐湖资源循环利用，也为这种含硼氧化镁投入工程使用提供了理论依据。本文取得的主要研究成果如下：　　（1）最优配比下MPC材料的基本力学性能。以凝结时间、流动度、不同龄期的抗压强度、抗折强度和粘结强度为考察指标，在不掺加硼的情况下，系统地研究了水胶比、矿物掺合料、氧化镁与磷酸盐的物质的量比（M/P）对MPC水泥性能的影响规律。结果表明：制备低成本高性能的MPC净浆的最优配比为： M/P比为6:1，水胶比为0.16，其3h和1d抗压强度很高，达到36.1MPa和49.6MPa。当内掺40％粉煤灰（Fly ash，FA）或20%磨细矿渣（Slag，SG）时，其3h抗压强度分别达到了27.3MPa和32.5MPa，比基准MPC净浆降低了24.4%和10%，但是，仍然具有早强特性，其1d抗压强度分别仍然高达35.5MPa和43.6MPa。制备低成本高性能的MPC砂浆的最优配比为：M/P比为6:1，胶砂比为1:1，水胶比为0.18，基准MPC砂浆3h抗压强度达到30.5MPa，内掺40%粉煤灰或20%矿渣，同样具有良好的快凝、早强和高强特性。　　（2）混凝土缺陷的MPC材料快速修补技术与修补性能。系统研究了基准MPC、掺加40%FA的MPC（简称FAMPC）和掺加20%SG的MPC（简称SGMPC）修补材料对机场道面混凝土裂缝和表面剥落等不同类型缺陷的修补方法，并通过抗折粘结强度、劈裂抗拉粘结强度、表面拉拔强度和断裂韧性来评价其修补性能。MPC净浆对混凝土道面裂缝直接修补后，3h劈裂抗拉粘结强度达到1.56MPa，为原基体强度的61.6%，28d能达到原基体的87.3%；采用FAMPC净浆修补裂缝的3h和28d劈裂抗拉粘结强度比基准MPC净浆修补略有降低，降低幅度分别为21.7%和5.4%；采用SGMPC净浆修补裂缝后的3h和28d劈裂抗拉粘结强度比基准MPC净浆修补反而分别提高了3.2%和3.1%。基准 MPC净浆修补裂缝3h后的断裂韧度达到0.394 MPa·m1/2，为原基体断裂韧度的56.2%，7d和28d均达到原基体的89.6%。采用FAMPC和SGMPC净浆修补裂缝的3h、7d和28d断裂韧度比基准MPC净浆修补略有降低，而且后者的降低幅度更小。通过MPC砂浆修补混凝土表面剥落面后，其3h表面拉拔强度达到0.34MPa，28d达到0.66MPa；采用FAMPC和SGMPC砂浆修补时其3h和28d表面拉拔有所下降，不过，后者的降低幅度较小，约为0.3MPa和0.65MPa。可以发现，基准MPC和SGMPC因其早强特性，更加适合于裂缝和表面剥落的快速修补。MPC修补材料对水泥混凝土的修补效果与 MPC修补材料自身的性能有关，与MPC的原材料、配比等无关。　　(3)混凝土缺陷用MPC修补后的耐久性。研究了混凝土表面缺陷修补后的耐水性能、混凝土基体表层砂浆修补的抗海水腐蚀性能，试验中选用了氯化钠溶液作为腐蚀性介质。结果表明：表面剥落混凝土经基准MPC砂浆修补后其耐水性能性能优良，养护3h后其3h的表面吸水速率只有3．13×10-8 g·s-1mm-2。经过基准MPC砂浆对混凝土表层进行修补的混凝土试件，在模拟海水侵蚀28d后，其抗腐蚀系数为0．843，FAMPC砂浆与SGMPC砂浆修补后的抗腐蚀系数分别为0．764和0．849；在模拟海水侵蚀60d后，其自由氯离子扩散系数为9．03×10-6mm2·s-1，FAMPC砂浆与SGMPC砂浆修补后的基体抗氯离子渗透系数分别为9．997×10-6mm2·s-1和8．771×10-6mm2·s-1，且均随着暴露时间的增加而减小，表明MPC材料可以用于沿海地区机场道面的快速修补要求。　　（4）探讨了MPC材料的施工工艺及其在机场道面快速修补工程中应用的修补方法。
作者：	肖卫
专业：	道路与铁道工程
导师：	余红发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文