市政給排水管道修復(fù)用改性材料抗折與粘接強(qiáng)度研究

盧勛

摘 要：研究了不同集膠比、氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比、硼砂摻量和水膠比條件下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度，并對破壞形式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，在不同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都會(huì)隨著集膠比增加逐漸減小。隨著氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比增加，不同養(yǎng)護(hù)齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增加后減小。在相同的硼砂摻量下，齡期越高則對應(yīng)的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大。隨著水膠比增加，不同養(yǎng)護(hù)齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小。此外，在相同水膠比下，齡期越長則磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大。在修補(bǔ)市政給排水管道時(shí)，磷酸鎂水泥基材料的斷口形貌主要包括：沿著界面破壞、MPC優(yōu)先破壞和舊基體優(yōu)先破壞。

關(guān)鍵詞：市政給排水管；修復(fù)；影響因素；抗折粘接強(qiáng)度；破壞形式

中圖分類號：TU57+8;TG494.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：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鋼筋混凝土管道，具有成本低、服役壽命長、施工便捷等特點(diǎn)［2］，在現(xiàn)代化市政給排水工程中有著廣泛應(yīng)用。然而，隨著服役時(shí)間的延長，給排水管道會(huì)不同程度的需要修補(bǔ)，且要求修補(bǔ)材料具有良好的抗折粘接強(qiáng)度等［3-5］。其中，磷酸鎂水泥基材料在市政給排水工程中已有應(yīng)用，但是目前的研究多集中在水化過程、微觀形貌變化等方面［6-8］，對于制備工藝參數(shù)對粘接強(qiáng)度等的影響規(guī)律仍不清楚。為了提高市政給排水管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)能力，研究了不同集膠比、氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比、硼砂摻量和水膠比條件下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度，并對破壞形式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果將有助于具有高抗折粘接強(qiáng)度的市政排水管道的修補(bǔ)加固并推動(dòng)磷酸鎂水泥基材料的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料包括商用MgO（M）、磷酸二氫銨（ADP）、磷酸二氫鉀（KDP）、磷酸二氫鈉（SDP），以及緩凝劑硼砂（B），減水劑PCA-7.5，普通硅酸鹽水泥（OPC）和硫鋁酸鹽水泥（SAC）。

1.2 試件制備

為了研究市政給排水管道修補(bǔ)后的粘接性能，首先用OPC制備了舊水泥基體材料［9］，集膠比、水膠比和減水劑摻量分別為2.0%、0.26%和1.5%。在相同制備工藝下制備了磷酸鎂水泥基材料（MPC），成分配比如表1，共19組，分別為不同集膠比、不同氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比、不同硼砂摻量和不同水膠比下的磷酸鎂水泥基材料。澆筑成型后養(yǎng)護(hù)齡期分別為2 h、1 d和7 d。

1.3 測試方法

參照GB/T 17671標(biāo)準(zhǔn)對磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度進(jìn)行了測試［10］，每組試樣取3根，以其平均值作為測試結(jié)果。磷酸鎂水泥基材料破壞后，采用Nikon數(shù)碼相機(jī)拍攝，記錄破壞形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同集膠比的磷酸鎂水泥基材料對抗折粘接強(qiáng)度的影響

圖1為不同集膠比的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為2 h、1 d和7 d。在不同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都會(huì)隨著集膠比增加逐漸減小。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)，隨著集膠比增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度逐漸減小，且在相同集膠比條件下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d時(shí)磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度要大于養(yǎng)護(hù)時(shí)間為2 h和1 d的試樣。這主要是因?yàn)榧z比的增加，會(huì)使得磷酸鎂水泥基材料體系中的水化產(chǎn)物減少，一定程度抑制了磷酸鎂水泥基材料的粘接強(qiáng)度提升［11-13］。

2.2 不同的氧化鎂/磷酸鹽質(zhì)量比的磷酸鎂水泥基材料對抗折粘接強(qiáng)度的影響

圖2為不同氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度。

由圖2可知，隨著氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比增加，不同養(yǎng)護(hù)齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增加后減小，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1、7 d時(shí)磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度在氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比為2時(shí)取得最大值，齡期為2 h時(shí)磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度在氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比為3時(shí)取得最大值。此外，在相同氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比下，齡期越長則磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大，而齡期1、7 d時(shí)磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度相差不大。

2.3 不同硼砂摻量的磷酸鎂水泥基材料對抗折粘接強(qiáng)度的影響

圖3為不同硼砂摻量的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度。在較短齡期下，隨著硼砂摻量增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度整體變化不大；在齡期為1 d時(shí)，隨著硼砂摻量增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度先增加后減小，在硼砂摻量為10%時(shí)取得最大值；在齡期為7 d時(shí)，隨著硼砂摻量增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度逐漸增大。在相同的硼砂摻量下，齡期越高則對應(yīng)的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大。這主要是因?yàn)榕鹕皳搅康母淖儠?huì)影響凝結(jié)時(shí)間和流動(dòng)性，如果硼砂摻量較大，水化反應(yīng)會(huì)相對較慢［17］，但是在更長時(shí)間下才能使得界面充分浸潤而具有良好的界面粘接強(qiáng)度。

2.4 不同水膠比的磷酸鎂水泥基材料對抗折粘接強(qiáng)度的影響

圖4為不同水膠比的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度。隨著水膠比增加，不同養(yǎng)護(hù)齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小。此外，在相同水膠比下，齡期越長則磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大。

表2為不同齡期下磷酸鎂水泥基材料的破壞形式。從19組磷酸鎂水泥基材料的斷口形貌來看，基本都可以分為三類：（1）沿著界面破壞；（2）MPC優(yōu)先破壞；（3）舊基體優(yōu)先破壞。整體而言，當(dāng)水膠比較低時(shí)，磷酸鎂水泥基材料的斷口多為平直狀，而水膠比較高時(shí)磷酸鎂水泥基材料的界面會(huì)優(yōu)先從磷酸鎂水泥基材料一側(cè)開裂，隨著齡期延長，斷口轉(zhuǎn)而從舊基體一側(cè)發(fā)生開裂，這主要是因?yàn)榇藭r(shí)的磷酸鎂水泥基材料界面結(jié)合力較強(qiáng)［19］。在較低的硼砂摻量時(shí)，不同齡期下磷酸鎂水泥基材料大多直接從界面處破壞，而較高硼砂摻量下界面更為密實(shí)，修復(fù)材料的薄弱部位則演變?yōu)槌霈F(xiàn)在新磷酸鎂水泥基材料一側(cè)，但是隨著齡期增加界面結(jié)合能力發(fā)生變化［0］，斷口則朝著舊基體一側(cè)轉(zhuǎn)移。

3 結(jié)語

（1）在不同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都會(huì)隨著集膠比增加逐漸減小;

（2）隨著氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比增加，不同養(yǎng)護(hù)齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增加后減小，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1 d和7 d時(shí)磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度在氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比為2時(shí)取得最大值，齡期為2 h時(shí)磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度在氧化鎂與磷酸鹽的質(zhì)量比為3時(shí)取得最大值;

（3）在相同的硼砂摻量下，齡期越高則對應(yīng)的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大。隨著水膠比增加，不同養(yǎng)護(hù)齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小。此外，在相同水膠比下，齡期越長則磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強(qiáng)度越大。

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收稿日期：2023-06-16；修回日期：2023-09-06

作者簡介：盧 勛（1991-），男，碩士，工程師，研究方向：給排水材料等；E-mail：luxun1006@163.com。

引文格式：盧 勛.市政給排水管道修復(fù)用改性材料抗折與粘接強(qiáng)度研究［J］.粘接，2023，50（11）：76-79.