纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆性能优化配合比.docx
一、孔结构表1是对纤维砂浆性能优化的配方，考虑到孔结构测试高昂的费用和不方便性，我从中挑选了具有代表性的4组进行了测试，分别是S-2、F-2、C-2、J-Io表1纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆性能优化配合比量组城、P/MW/CS/C纤维掺量（%）SF(%)FA(%)纤维种类S-I1/30.240.825/PVA纤维S-21/30.240.8210/PVA纤维S-31/30.240.8220/PVA纤维F-I1/30.240.82/5PVA纤维F-21/30.240.82/10PVA纤维F-31/30.240.82/20PVA纤维C-I1/30.240.8255PVA纤维C-21/30.240.821010PVA纤维J-I1/30.240.82/PVA纤维注：FA表示粉煤灰，SF表示硅灰；W/C为用水量与氧化镁、磷酸二氢钾及掺合料三者掺量之和的比值；掺合料掺量为占氧化镁和磷酸二氢钾质量和的百分数。吴中伟院士口把混凝土中的孔大致分为四大类：无害级孔（20nm）、少害级孔（20100nm）有害级孔（100200nm）和多害级孔（20Onm）O同时，他又认为增加50nm以下的孔,减少100nm以上的孔,能大大提高混凝土的性能;美国的学者Mehta按孔径的大小将孔大体上分为4.5nm、4.550nm、50100nm.100nm四类。根据以上的叙述并结合MKPC净浆试样中的孔径分布范围，本文把MKPC浆体中的孔结构按照孔径大小分为50nm（无害孔）、50200nm（少害孔）、200nm（有害大孔）三类。通过对上海康塔公司反馈回来的数据进行分析，得到的孔径分布情况见表、表。表2纤维砂浆不同孔径范围的总孔体积（mLg）总孔体积分布编号总孔体积<50(nm)50200(nm)>200(nm)S-20.179940.060780.028360.09080F-20.147490.007700.059100.04007C-20.210820.027510.085770.09755J-I0.204600.005640.035730.16323表3纤维砂浆不同孔径孔隙的体积分布情况编号平均孔径各孔径所占比例（）(nm)<50(nm)50200(nm)>200(nm)S-228033.7815.7650.46F-23505.2240.0754.71C-231013.0540.6846.27J-I4202.7617.4679.78从表、表可知，对于基本组J-1,孔径还是比较大的，直径大于20Onm的孔占80%左右，但经过优化，掺入硅灰和粉煤灰，都能一定程度上减小孔直径。其中，单掺硅灰的组别S-2,直径小于50nm的孔占到了30%左右，而基本组只有3%左右，同时，大于20Onm的孔比基本组减少了将近30%,可见硅灰能很大程度上优化纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆的孔结构，使得大孔变少，小孔增加，结构更加密实。单掺粉煤灰的组别F-2,对纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆孔结构的改善更多体现在中孔上面，相对于基本组，50200nm的中孔提高了20%左右，大于20Onm的孔减少了15%左右，这同样说明粉煤灰也能改善孔结构，但更多体现在中孔上面。对于复掺硅灰和粉煤灰的组别C-2,对小孔和中孔在一定程度上都有改善，使得结构更加密实。自然养护条件下，同时掺加粉煤灰和硅灰的浆体的断面结构非常致密，未反应的粉煤灰和硅灰组成级配很好的掺合料,填充在浆体的孔隙中，随着水化反应的进行，水化产物、水化凝胶以及未反应的粉煤灰、硅灰完全结合为一个整体，如同一个致密的板状结构，裂纹和缺陷也较少。二、双面剪切按照双面剪切试件制作方法浇筑成型，养护到28d,进行双面剪切试验，试验结果见表4、表5、表6、表7。表4C20-(S-2)组合试验结果试件编号破坏荷载剪切强度均值(kN)(MPa)(MPa)C20-(S-2)-I29.670.660.67C20-(S-2)-I30.250.67C20-(S-2)-II48.341.071.05C20-(S-2)-II45.761.02C20-(S-2)-III57.191.271.26C20-(S-2)-III56.381.25表5C30-(S-2)组合试验结果试件编号破坏荷载剪切强度均值(kN)(MPa)(MPa)C30-(S-2)-I35.670.790.77C30-(S-2)-I33.290.74C30-(S-2)-II53.431.19199C30-(S-2)-II55.621.241.ZZC30-(S-2)-III64.531.431AQC30-(S-2)-III68.351.52表6C20-(PS-2)组合试验结果试件编号破坏荷载剪切强度均值(kN)(MPa)(MPa)C20-(PS-2)-15.550.120.06C20-(PS-2)-I0.000.00C20-(PS-2)-II15.230.340.32C20-(PS-2)-II13.360.30C20-(PS-2)-III22.120.490.52C20-(PS-2)-III24.350.54表7C30-(PS-2)组合试验结果试件编号破坏荷载剪切强度均值(kN)(MPa)(MPa)C30-(PS-2)-T6.230.14C30-(PS-2)-T8.120.18U.10C3O-(PS-2)-II18.360.410.44C3O-(PS-2)-II20.640.46C3O-(PS-2)-III27.670.610.64C30-(PS-2)-III30.210.67根据双面剪切试验结果表，作出同种水泥工况下，两种老混凝土强度等级的砂浆试块双面剪切的直方图，分析不同界面处理类型对界面剪切强度影响的程度及其影响趋势，如图1所示。从图1反映的趋势可以看出，对老混凝土表面进行粗糙度处理能够有效提高界面的剪切强度。50501.1.0.6(Pdw)展酒熄契=n。.5.0Lo.o.(Pd5翅醺斑C20-(PS-2)C3O-(PS-2)C20-(S-2)C30-(S-2)（八）纤维磷酸钾镁水泥工况(b)普通硅酸盐水泥工况图1同种水泥工况下不同界面处理方式对剪切强度的影响从图1（八）中可以看出，对于PVA纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆，不论是与混凝土强度等级C20还是C30粘结,二者之间的双面剪切强度随着界面处理方式的变化趋势是相同的，都是随着界面粗糙度的增加而增加。其中，采用钢刷处理剪切强度最小；人工轻凿的剪切强度会出现较大跳跃，比刚刷处理提高50%左右；人工深凿的剪切强度最大，比人工轻凿提高20%左右。对于同种界面处理方式，PVA纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆与老混凝土之间的双面剪切力会随着老混凝土强度等级提高而增大，与C30混凝土的双面剪切力会比C20混凝土大15%17%o从图1(b)中可知，对于PVA纤维普通硅酸盐水泥砂浆，与老混凝土之间的双面剪切强度也是随着界面粗糙度的增加而增加，但是可以看出PVA纤维普通硅酸盐水泥砂浆在I型界面处理方式(刚刷刷净)下测得的双面剪切力非常低,只有0.06MPa,这是由于普通硅酸盐水泥相比于磷酸钾镁水泥有着较大的自收缩，对粗糙度很低的界面，没有什么附着点，PVA纤维普通硅酸盐水泥砂浆凝结后自收缩，会与老混凝土脱开，如图2所示。（八）自收缩(b)与老混凝土脱开图2PVA纤维普通硅酸盐水泥砂浆I型界面C20-(S-2)C20-(PS-2)C3O-(S-2)面面面BrHrHrrav3SS1111IC3()-(PS-2)（八）C2O工况(b)C30工况图3同种混凝土强度工况下不同界面处理方式对剪切强度的影响从图3中可以看出，不管处于C20工况还是C30工况下，对于同种界面处理方式的双面剪切强度，PVA纤维磷酸钾镁水泥砂浆远高于PVA普通硅酸盐水泥砂浆。对于图3（八）,对比C20-(S-2)与C20-(PS-2),界面是刚刷刷净面，C20-(S-2)的双面剪切强度远远高于比C20-(PS-2);界面是人工轻凿面，C20-(S-2)的双面剪切强度是C20-(PS-2)的2倍左右；界面是人工深凿面，C20-(S-2)的双面剪切强度会比C20-(PS-2)提高1.4倍左右。对于图3(b),对比C30-(S-2)与C30-(PS-2),不管哪种界面，PVA纤维磷酸钾镁水泥砂浆都会比PVA普通硅酸盐水泥砂浆的双面剪切强度来得高，可见在修补加固方面，磷酸钾镁水泥有着独特的优势。关键发现：加入硅灰能有效的延缓纤维磷酸钾镁水泥加固砂浆的的凝结时间，让浆体和易性变好，这是因为硅灰本身是颗粒很小的物质，本试验选用的氧化镁的平均粒径dn为33292m,硅灰为平均粒径4f为0162m,可以看出氧化镁的平均粒径是硅灰的200多倍，所以加入硅灰后，硅灰会附着在氧化镁表面，减少氧化镁与磷酸二氢钾的接触面积，从而在一定程度上延缓凝结时间，起到了缓凝作用。而粉煤灰的平均粒径4a为12.504Um,与氧化镁的平均粒径相差并不是非常大，所以并没有缓凝效果出现。参考文献：1吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土M.北京：中国铁道出版社,1999.2Mehta.PK.StudiesonblendedPortlandcementscontainingSantorinearthJJ.CementandConcreteResearch,1981,11(4):507-518.
