MPC净浆的配合比及改性试验分析

于旭峰，吴文帅，张亮，俞涛，周涛

（南京理工大学泰州科技学院，江苏 泰州 225300）

0 引言

磷酸镁水泥 (Magnesium Phosphate Cement，MPC)由磷酸盐、氧化镁以及外加剂按一定的比例组成，是以酸-碱中和反应为基础，通过物理作用凝结硬化的新型气硬性胶凝材料，其具有凝结硬化快、早期强度高、黏结性能好、体积稳定性好、纤维相容性好、耐久性能好等特点。

本文通过试验研究，分析MPC净浆的强度及其影响因素，并对MPC进行改性 （粉煤灰、CFRP切丝），分析配合比、强度等数据，得到相应的研究结论，为磷酸镁水泥的制备及应用提供参考。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

试验材料包括：①氧化镁（MgO）：200 目重烧镁粉。②磷酸二氢钾 （KH2PO4）：工业级，含量≥98%，粒度 200 目。 ③硼砂（Na2B4O7·10H2O）：工业级，含量≥99.5%。④CFRP切丝：单丝直径7.0 μm，抗拉强度3.8 GPa，抗拉模量40 GPa，伸长率1.5%，密度1.76 g/cm3。⑤粉煤灰：其性能参数见表1。⑥水：自来水。

1.2 试件制作

试件的制作过程、强度测试及计算均参照（ISO法）GB/T 17671—1999 《水泥胶砂强度检验方法》进行。主要试验仪器：NJ-I60A水泥净浆搅拌机、DY-208型全自动水泥强度试验机和SBY-32B型养护箱。

首先，用不同的秤盘称量计算好的原材料。其次将称取好的氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂依次倒入润湿过的搅拌锅中。第一步，先手工搅拌，缓慢加入水，继续搅拌至粉末全部湿润；第二步，安装搅拌锅，进行机械搅拌，低速搅拌120 s，停15 s，再高速搅拌120 s，至净浆均匀、流动性良好。装模时，边装模边振捣，排除试件内气体。再将试模放到震荡台上进行60 s的震荡，使得试件内气泡尽量逸出。震荡完后，对凹凸不平的表面进行铲平，做成40 mm×40 mm×160 mm的标准试块。将试件放入标准养护箱内进行养护，至龄期后测试强度。

2 实验结果及分析

2.1 MPC净浆配合比

对MPC净浆试件，分析水胶比、龄期对强度的影响。水胶比有：0.11、0.12、0.125、0.13、0.135、0.14、0.145、0.15；龄期有： 3 d、28 d、180 d。 相应试件的测试强度见表2。水胶比对试件强度的影响见图1，2。

表2 MPC净浆试件的强度

图1 MPC净浆抗折强度

图2 MPC净浆抗压强度

据图1，各组水胶比试件抗折强度随龄期增加而增大，水胶比为0.125时，试件的抗折性能在长龄期时较优，且抗折强度达62.5R水泥的要求。据图2，各组水胶比试件抗压强度随龄期增加而提高，水胶比为0.12时抗压性能较优，达到42.5R的要求。

总体而言，水胶比为0.125时，MPC净浆试件施工性能与强度较优。试件的水化反应在3 d时基本完成，强度趋于稳定，且达到42.5 R水泥的强度要求，早强、高强性能明显。

2.2 MPC净浆的粉煤灰改性

为分析粉煤灰掺量对MPC净浆性能的影响，结合已有试验研究，对水胶比为0.18的试件进行研究，选用粉煤灰掺量为：0%、10%、20%、30%，龄期为：3 d、7 d、28 d。相应试件的强度见表3。粉煤灰掺量及龄期对试件强度的影响见图3，4。

表3 粉煤灰改性试件的抗折抗压强度

图3 MPC+粉煤灰抗折强度

图4 MPC+粉煤灰抗压强度

据图3可知，当试件在3 d时，水化反应基本完成，且强度基本稳定；粉煤灰掺量为10%的试件抗折性能较优，抗折强度随龄期的增长而提高。据图4，粉煤灰掺量为30%时抗压强度较优，在3 d时水化反应基本完成，强度基本稳定；试件的抗压强度随龄期增长而提高。试件能达到32.5 R的标准。

总体而言，粉煤灰改性试件的抗折强度随粉煤灰掺量的增加而下降，由于粉煤灰的正负效应的综合作用，试件的抗压强度变化不明显，但总体保持与MPC净浆强度相近。

2.3 MPC净浆的CFRP切丝改性

据研究，当CFRP切丝的体积掺入量为9‰，水胶比为0.135时，改性试件性能较优，故试验中，CFRP 切丝（长度为 5 mm、10 mm、15 mm）的体积掺入量为 9‰，龄期有 3 d、28 d、120 d、180 d。相应试件的强度见表4。CFRP切丝长度及龄期对试件强度的影响见图5，6。

表4 碳纤维改性试件的抗折抗压强度

图5 MPC+碳纤维抗折强度

图6 MPC+碳纤维抗压强度

据图5，6可知，强度随龄期的增加而提高，试件能达42.5R的强度；其中，3 d龄期试件的抗折、抗压强度均达到62.5R水泥的要求，其早强、高强特性明显；CFRP切丝长度对性能影响较小。

总体而言，由于CFRP切丝具有联结细颗粒的作用，28 d时强度相对于MPC净浆提高了30%左右,因此CFRP切丝改性试件强度提高显著。

3 结论

（1）当水胶比为 0.125时，MPC净浆达到42.5R的强度要求,其早强、高强特性明显，施工性能及强度较优，且试件强度随龄期增长而提高。

（2）当水胶比为0.18时，粉煤灰试件达到32.5R的强度要求，其抗折强度随粉煤灰掺量的增加而下降，抗压强度随粉煤灰掺量的增加而提高，且由于粉煤灰具有微集料效应，会填充于拌和物的毛细孔中，有利于强度提高，试件强度随龄期增长而提高。

（3）当水胶比为0.135时，CFRP切丝改性试件达到42.5R的强度要求，切丝长度对试件强度影响较小，且试件强度随龄期增长而提高。