高溫后磷酸鎂混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究

高溫后磷酸鎂混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究摘要：火災(zāi)的經(jīng)常發(fā)生常會(huì)使建筑物發(fā)生不可修復(fù)的破壞，從而研發(fā)新的耐火材料對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展顯得尤其重要。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者們對(duì)高溫作用后普通混凝土試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，但對(duì)于高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的力學(xué)性能研究很少。本文主要是對(duì)高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的外觀特征、抗壓強(qiáng)度等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及理論分析，力求可為日后的實(shí)際工程提供一些參考。關(guān)鍵詞：高溫,磷酸鎂混凝土,力學(xué)性能,實(shí)驗(yàn)研究引言：混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料，拌和一定比例的砂、石骨料和水，經(jīng)過(guò)攪拌、注模、振搗、養(yǎng)護(hù)等工序后，逐漸凝固硬化而成的人工混合材料。因其強(qiáng)度高、取材方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用?；炷林懈鹘M成材料的成分、性質(zhì)和相互比例，以及制備和硬化過(guò)程中的各種條件和環(huán)境因素，都對(duì)混凝土的力學(xué)性能有不同程度的影響?；馂?zāi)的經(jīng)常發(fā)生以及建筑物的發(fā)展對(duì)新的耐火材料的需求愈發(fā)急切。為此作者對(duì)高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的外觀特征、抗壓強(qiáng)度、質(zhì)量損失等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)與普通混凝土相關(guān)性能的表分析得到相關(guān)的結(jié)論，力求可為日后的實(shí)際工程提供一些參考。1常溫下磷酸鎂混凝土實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程常溫下磷酸鎂混凝土實(shí)驗(yàn)采用上海新三思計(jì)量?jī)x器制造有限公司生產(chǎn)的微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、澆注試塊所用鋼模、坍落度儀、直尺、振搗棒等。1.稱取適量的氧化鎂作為實(shí)驗(yàn)原材料，放入混凝土攪拌機(jī)中，再根據(jù)1不同的配比稱取相應(yīng)的磷酸二氫鉀、硼砂、砂和石子，并將其置于攪拌機(jī)攪拌均勻。將部分?jǐn)嚢韬玫牧姿徭V混凝土拌合物裝入坍落度筒內(nèi)混凝土拌合物由于自重將產(chǎn)生坍落現(xiàn)象，量出向下坍落尺寸。將過(guò)程1中攪拌好的磷酸鎂混凝土倒入提前準(zhǔn)備好的的鋼模中，每個(gè)配比制作30個(gè)的立方體試件、5個(gè)的立方體試件。將制作好的立方體試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。對(duì)按照要求養(yǎng)護(hù)的試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，每個(gè)配比的試件測(cè)試兩個(gè)，并記錄所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.2常溫下磷酸鎂混凝土的配制及抗壓性能實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)整氧化鎂摻量、氧化鎂和磷酸二氫鉀的摩爾比、硼砂與氧化鎂的比、水灰比及砂、石子的摻量等指標(biāo)，優(yōu)化磷酸鎂混凝土配比，優(yōu)選強(qiáng)度較高、工作度較好的混凝土配比，進(jìn)一步做高溫性能實(shí)驗(yàn)。影響混凝土試件強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的主要因素有石子與灰的比Agg/B、砂灰比S/B、硼砂與氧化鎂的比、氧化鎂與磷酸二氫鉀的比、水灰比等。經(jīng)抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)同一配比試件而言，室內(nèi)試件強(qiáng)度明顯高于室外試件強(qiáng)度，主要原因是室外溫度低，減緩了氧化鎂與磷酸二氫鉀的反應(yīng)速度與程度。綜合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果，可知磷酸鎂混凝土以表5-3中的18組到22組的試件強(qiáng)度相對(duì)較高、和易性較好、工作度滿足基本的施工要求，適于配制磷酸鎂混凝土。2表1-1磷酸鎂混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)注：1.試件尺寸100mm×100mm×100mm;攪拌時(shí)間單位：分鐘B=MgO+KDP+BRX;BRX/MgO：BRX/MgOweightratio;W/B：water/Bratio(weight);M/P：MgO/KDPweightratio;S/B:sand/Bweightratio;Agg/B:Agg/Bweightratio3.I,O分別代表室內(nèi)(Indoor)和室外(Outdoor)。室內(nèi)溫度為15℃，室外溫度為0℃。高溫作用后磷酸鎂混凝土的力學(xué)性能2.1試件加載裝置及升溫制度根據(jù)1.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的步驟3每個(gè)配比制作30個(gè)的立方體試件、5個(gè)的立方體試件，并按照步驟4進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本實(shí)驗(yàn)加熱設(shè)備采用龍口市電爐總廠出品的高溫箱式實(shí)驗(yàn)爐。升溫曲線采用實(shí)測(cè)的爐溫曲線，如圖2.1所示。為了研究高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的力學(xué)性能，將制作好的磷酸鎂混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28天，放在高溫箱式實(shí)驗(yàn)爐中，將爐溫從室溫分別升溫到200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，并分別恒溫1小時(shí)，然3后將試件用鐵鉗取出，使之自然冷卻1天后，測(cè)定其抗壓強(qiáng)度如圖2.2。2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析為了便于分析比較，高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的配比，即根據(jù)表1-1選擇18組到22組配比，分別用C1、C2、C3、C4、C5來(lái)表示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2-2~表2-6及圖2.3所示。注：每組數(shù)據(jù)取2-3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值注：每組數(shù)據(jù)取2-3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值注：每組數(shù)據(jù)取2-3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值注：每組數(shù)據(jù)取2-3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值注：每組數(shù)據(jù)取2-3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值4實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將試件由室溫升溫到200℃且恒溫1h，自然冷卻1天后，磷酸鎂混凝土中的化學(xué)結(jié)合水開(kāi)始排出，發(fā)生氫氧化鈣脫水，開(kāi)始分解，導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)開(kāi)始破壞，使混凝土的強(qiáng)度顯著降低，抗壓強(qiáng)度平均降幅超過(guò)50%，抗壓強(qiáng)度變化明顯。將試件由室溫升溫到400℃，試件抗壓強(qiáng)度繼續(xù)降低，但降低幅度變小。將試件由室溫升溫到600℃時(shí)，與升溫到400℃比較，抗壓強(qiáng)度變化不明顯。試件由室溫升溫到800℃，試件抗壓強(qiáng)度與常溫下相比降幅超過(guò)70%。升溫到1000℃時(shí)，冷卻后試件一觸即碎，無(wú)法成型，砂和石子變成灰白色，石子變碎，如圖5.13(d)所示。總體上看，高溫作用后磷酸鎂混凝土的力學(xué)性能總體上呈現(xiàn)隨溫度升高逐漸劣化的趨勢(shì)，初始階段降低幅度較大，中期變化不大，升溫到800℃時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度與常溫下相比降幅超過(guò)70%，粘結(jié)力幾乎完全喪失，混凝土發(fā)生徹底破壞。3初步試驗(yàn)及結(jié)論：通過(guò)對(duì)上述磷酸鎂混凝土試件的實(shí)驗(yàn)分析與比較，可以得出以下結(jié)論：1.影響混凝土試件強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間的主要因素有石子與灰的質(zhì)量比、砂灰比、硼砂與氧化鎂的比、氧化鎂與磷酸二氫鉀的比、水灰比及養(yǎng)護(hù)溫度等。磷酸鎂混凝土試件高溫作用下的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)隨溫度升高逐漸劣化的趨勢(shì)。升溫到200℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度降低幅度較