摘要：火災的經常發生常會使建筑物發生不可修復的破壞，從而研發新的耐火材料對經濟的發展顯得尤其重要。近幾十年來，國內外的研究學者們對高溫作用后普通混凝土試件的抗壓強度進行了大量的實驗研究，但對于高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的力學性能研究很少。本文主要是對高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的外觀特征、抗壓強度等方面進行實驗研究及理論分析，力求可為日后的實際工程提供一些參考。

　　關鍵詞：高溫,磷酸鎂混凝土,力學性能,實驗研究

　　引言：混凝土是以水泥為主要膠結材料，拌和一定比例的砂、石骨料和水，經過攪拌、注模、振搗、養護等工序后，逐漸凝固硬化而成的人工混合材料。因其強度高、取材方便等優點被廣泛應用。混凝土中各組成材料的成分、性質和相互比例，以及制備和硬化過程中的各種條件和環境因素，都對混凝土的力學性能有不同程度的影響。火災的經常發生以及建筑物的發展對新的耐火材料的需求愈發急切。為此作者對高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的外觀特征、抗壓強度、質量損失等方面進行實驗研究，通過與普通混凝土相關性能的表分析得到相關的結論，力求可為日后的實際工程提供一些參考。

　　1常溫下磷酸鎂混凝土實驗設計

　　1.1 實驗設備及過程

　　常溫下磷酸鎂混凝土實驗采用上海新三思計量儀器制造有限公司生產的微機控制電液伺服萬能實驗機、混凝土攪拌機、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驗原材料，放入混凝土攪拌機中，再根據不同的配比稱取相應的磷酸二氫鉀、硼砂、砂和石子，并將其置于攪拌機攪拌均勻。

　　2. 將部分攪拌好的磷酸鎂混凝土拌合物裝入坍落度筒內混凝土拌合物由于自重將產生坍落現象，量出向下坍落尺寸。

　　3. 將過程1中攪拌好的磷酸鎂混凝土倒入提前準備好的的鋼模中，每個配比制作30個 的立方體試件、5個 的立方體試件。

　　4. 將制作好的立方體試件置于標準養護室養護。

　　5. 對按照要求養護的試件進行抗壓強度測試，每個配比的試件測試兩個，并記錄所有實驗結果。

　　1.2常溫下磷酸鎂混凝土的配制及抗壓性能實驗

　　該實驗通過調整氧化鎂摻量、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，優化磷酸鎂混凝土配比，優選強度較高、工作度較好的混凝土配比，進一步做高溫性能實驗。

　　影響混凝土試件強度和凝結時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。經抗壓強度實驗表明，對同一配比試件而言，室內試件強度明顯高于室外試件強度，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速度與程度。

　　綜合實驗現象及結果，可知磷酸鎂混凝土以表5-3中的18組到22組的試件強度相對較高、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。

　　表1-1磷酸鎂混凝土抗壓強度實驗

　　注：1.試件尺寸100mm×100mm×100mm;攪拌時間單位：分鐘

　　2. B= MgO+KDP+BRX ; BRX/MgO：BRX/MgO weight ratio ; W/B：water/B ratio(weight);M/P： MgO/ KDP weight ratio;S/B:sand/B weight ratio ; Agg/B:Agg/B weight ratio

　　3.I,O分別代表室內(Indoor)和室外(Outdoor)。室內溫度為15℃，室外溫度為0℃。

　　2高溫作用后磷酸鎂混凝土的力學性能

　　2.1 試件加載裝置及升溫制度

　　根據1.1實驗過程中的步驟 3每個配比制作30個 的立方體試件、5個 的立方體試件，并按照步驟4進行養護。

　　本實驗加熱設備采用龍口市電爐總廠出品的高溫箱式實驗爐。

　　升溫曲線采用實測的爐溫曲線，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性能，將制作好的磷酸鎂混凝土試件在標準養護條件下養護28天，放在高溫箱式實驗爐中，將爐溫從室溫分別升溫到200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，并分別恒溫1小時，然后將試件用鐵鉗取出，使之自然冷卻1天后，測定其抗壓強度如圖2.2。

　　2.2 實驗結果分析

　　為了便于分析比較，高溫作用后磷酸鎂混凝土試件的配比，即根據表1-1選擇18組到22組配比，分別用C1、C2、C3、C4、C5來表示。實驗結果見表2-2~表2-6及圖2.3所示。

　　注：每組數據取2-3個數據的平均值

　　注：每組數據取2-3個數據的平均值

　　注：每組數據取2-3個數據的平均值

　　注：每組數據取2-3個數據的平均值

　　注：每組數據取2-3個數據的平均值

 

　　實驗結果表明，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結合水開始排出，發生氫氧化鈣脫水，開始分解，導致水泥石結構開始破壞，使混凝土的強度顯著降低，抗壓強度平均降幅超過50%，抗壓強度變化明顯。將試件由室溫升溫到400℃，試件抗壓強度繼續降低，但降低幅度變小。將試件由室溫升溫到600℃時，與升溫到400℃比較，抗壓強度變化不明顯。試件由室溫升溫到800℃，試件抗壓強度與常溫下相比降幅超過70%。升溫到1000℃時，冷卻后試件一觸即碎，無法成型，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性能總體上呈現隨溫度升高逐漸劣化的趨勢，初始階段降低幅度較大，中期變化不大，升溫到800℃時，試件抗壓強度與常溫下相比降幅超過70%，粘結力幾乎完全喪失，混凝土發生徹底破壞。

　　3初步試驗及結論：

　　通過對上述磷酸鎂混凝土試件的實驗分析與比較，可以得出以下結論：

　　1. 影響混凝土試件強度和凝結時間的主要因素有石子與灰的質量比、砂灰比、硼砂與氧化鎂的比、氧化鎂與磷酸二氫鉀的比、水灰比及養護溫度等。

　　2. 磷酸鎂混凝土試件高溫作用下的抗壓強度呈現隨溫度升高逐漸劣化的趨勢。升溫到200℃時，抗壓強度降低幅度較大;當溫度高于200℃時，試件抗壓強度有一定程度的波動;升溫到1000℃時，試件表面出現多條無規則性裂縫，骨料發生相變和熱分解，磷酸鎂混凝土體積發生膨脹，界面裂縫快速發展，粘結力幾乎完全喪失，試件抗壓強度與常溫下相比降幅超過75%，幾乎喪失承載力。

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