市政给排水管道修复用改性材料抗折与粘接强度研究

2023-11-29卢勋

粘接 2023年11期

卢勋

摘要：研究了不同集胶比、氧化镁与磷酸盐的质量比、硼砂掺量和水胶比条件下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接强度，并对破坏形式进行了统计分析。结果表明，在不同的养护时间下，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都会随着集胶比增加逐渐减小。随着氧化镁与磷酸盐的质量比增加，不同养护龄期下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都表现为先增加后减小。在相同的硼砂掺量下，龄期越高则对应的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大。随着水胶比增加，不同养护龄期下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都表现为逐渐减小。此外，在相同水胶比下，龄期越长则磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大。在修补市政给排水管道时，磷酸镁水泥基材料的断口形貌主要包括：沿着界面破坏、MPC优先破坏和旧基体优先破坏。

关键词：市政给排水管；修复；影响因素；抗折粘接强度；破坏形式

中图分类号：TU57+8;TG494.7

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）11-0076-04

Study on the flexural strength and adhesive strength of modified ma-terials for the repair of municipal water supply and drainage pipelines

LU Xun

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xian 710043，China

）

Abstract：The flexural bonding strength of magnesium phosphate cement-based materialswas studied under different aggregate ratio，mass ratio of magnesium oxide to phosphate，borax content and water-binder ratio，and the failure forms were statistically analyzed.The results showed that the flexural bonding strength of magnesium phosphate cement-based materials gradually decreased with the increase of the aggregate ratio under different curing time.With the increase of the mass ratio of magnesium oxide to phosphate，the flexural bonding strength of magnesium phosphate cement-based materials at different curing ages increased first and then decreased.Underthe same content of borax，the higher the age，the greater the flexural bonding strength of the corresponding magnesium phosphate cement-based material was.With the increase of water-binder ratio，the flexural bonding strength of magnesium phosphate cement-based materials at different curing ages decreased gradually.In addition，under the same water-binder ratio，the longer the age，the greater the flexural bonding strength of magnesium phosphate cement-based materials was.When repairing municipal water supply and drainage pipes，the fracture morphology of magnesium phosphate cement-based materials mainly included：damage along the interface，MPC priority damage and old matrix priority damage.

Key words：municipal water supply and drainage pipe;repair;influencing factors;flexural bonding strength;form of destruction

目前，市政排水管道多采用钢筋混凝土管道，具有成本低、服役寿命长、施工便捷等特点［2］，在现代化市政给排水工程中有着广泛应用。然而，随着服役时间的延长，给排水管道会不同程度的需要修补，且要求修补材料具有良好的抗折粘接强度等［3-5］。其中，磷酸镁水泥基材料在市政给排水工程中已有应用，但是目前的研究多集中在水化过程、微观形貌变化等方面［6-8］，对于制备工艺参数对粘接强度等的影响规律仍不清楚。为了提高市政给排水管道修复补强能力，研究了不同集胶比、氧化镁与磷酸盐的质量比、硼砂掺量和水胶比条件下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度，并对破坏形式进行了统计分析，结果将有助于具有高抗折粘接强度的市政排水管道的修补加固并推动磷酸镁水泥基材料的应用。

1 材料与方法

1.1 试验原料

试验原料包括商用MgO（M）、磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢钠（SDP），以及缓凝剂硼砂（B），减水剂PCA-7.5，普通硅酸盐水泥（OPC）和硫铝酸盐水泥（SAC）。

1.2 试件制备

为了研究市政给排水管道修补后的粘接性能，首先用OPC制备了旧水泥基体材料［9］，集胶比、水胶比和减水剂掺量分别为2.0%、0.26%和1.5%。在相同制备工艺下制备了磷酸镁水泥基材料（MPC），成分配比如表1，共19组，分别为不同集胶比、不同氧化镁与磷酸盐的质量比、不同硼砂掺量和不同水胶比下的磷酸镁水泥基材料。浇筑成型后养护龄期分别为2 h、1 d和7 d。

1.3 测试方法

参照GB/T 17671标准对磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度进行了测试［10］，每组试样取3根，以其平均值作为测试结果。磷酸镁水泥基材料破坏后，采用Nikon数码相机拍摄，记录破坏形貌。

2 结果与分析

2.1 不同集胶比的磷酸镁水泥基材料对抗折粘接强度的影响

图1为不同集胶比的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度，养护时间分别为2 h、1 d和7 d。在不同的养护时间下，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都会随着集胶比增加逐渐减小。当养护时间为7 d时，随着集胶比增加，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度逐渐减小，且在相同集胶比条件下，养护时间为7 d时磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度要大于养护时间为2 h和1 d的试样。这主要是因为集胶比的增加，会使得磷酸镁水泥基材料体系中的水化产物减少，一定程度抑制了磷酸镁水泥基材料的粘接强度提升［11-13］。

2.2 不同的氧化镁/磷酸盐质量比的磷酸镁水泥基材料对抗折粘接强度的影响

图2为不同氧化镁与磷酸盐的质量比的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度。

由图2可知，随着氧化镁与磷酸盐的质量比增加，不同养护龄期下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都表现为先增加后减小，养护时间为1、7 d时磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度在氧化镁与磷酸盐的质量比为2时取得最大值，龄期为2 h时磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度在氧化镁与磷酸盐的质量比为3时取得最大值。此外，在相同氧化镁与磷酸盐的质量比下，龄期越长则磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大，而龄期1、7 d时磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度相差不大。

2.3 不同硼砂掺量的磷酸镁水泥基材料对抗折粘接强度的影响

图3为不同硼砂掺量的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度。在较短龄期下，随着硼砂掺量增加，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度整体变化不大；在龄期为1 d时，随着硼砂掺量增加，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度先增加后减小，在硼砂掺量为10%时取得最大值；在龄期为7 d时，随着硼砂掺量增加，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度逐渐增大。在相同的硼砂掺量下，龄期越高则对应的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大。这主要是因为硼砂掺量的改变会影响凝结时间和流动性，如果硼砂掺量较大，水化反应会相对较慢［17］，但是在更长时间下才能使得界面充分浸润而具有良好的界面粘接强度。

2.4 不同水胶比的磷酸镁水泥基材料对抗折粘接强度的影响

图4为不同水胶比的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度。随着水胶比增加，不同养护龄期下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都表现为逐渐减小。此外，在相同水胶比下，龄期越长则磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大。

表2为不同龄期下磷酸镁水泥基材料的破坏形式。从19组磷酸镁水泥基材料的断口形貌来看，基本都可以分为三类：（1）沿着界面破坏；（2）MPC优先破坏；（3）旧基体优先破坏。整体而言，当水胶比较低时，磷酸镁水泥基材料的断口多为平直状，而水胶比较高时磷酸镁水泥基材料的界面会优先从磷酸镁水泥基材料一侧开裂，随着龄期延长，断口转而从旧基体一侧发生开裂，这主要是因为此时的磷酸镁水泥基材料界面结合力较强［19］。在较低的硼砂掺量时，不同龄期下磷酸镁水泥基材料大多直接从界面处破坏，而较高硼砂掺量下界面更为密实，修复材料的薄弱部位则演变为出现在新磷酸镁水泥基材料一侧，但是随着龄期增加界面结合能力发生变化［0］，断口则朝着旧基体一侧转移。

3 结语

（1）在不同的养护时间下，磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都会随着集胶比增加逐渐减小;

（2）随着氧化镁与磷酸盐的质量比增加，不同养护龄期下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都表现为先增加后减小，养护时间为1 d和7 d时磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度在氧化镁与磷酸盐的质量比为2时取得最大值，龄期为2 h时磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度在氧化镁与磷酸盐的质量比为3时取得最大值;

（3）在相同的硼砂掺量下，龄期越高则对应的磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大。随着水胶比增加，不同养护龄期下磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度都表現为逐渐减小。此外，在相同水胶比下，龄期越长则磷酸镁水泥基材料的抗折粘接强度越大。

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