市政給排水管道修復用改性材料抗折與粘接強度研究

盧勛

摘 要：研究了不同集膠比、氧化鎂與磷酸鹽的質量比、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度，并對破壞形式進行了統計分析。結果表明，在不同的養護時間下，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都會隨著集膠比增加逐漸減小。隨著氧化鎂與磷酸鹽的質量比增加，不同養護齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都表現為先增加后減小。在相同的硼砂摻量下，齡期越高則對應的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度越大。隨著水膠比增加，不同養護齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都表現為逐漸減小。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度越大。在修補市政給排水管道時，磷酸鎂水泥基材料的斷口形貌主要包括：沿著界面破壞、MPC優先破壞和舊基體優先破壞。

關鍵詞：市政給排水管；修復；影響因素；抗折粘接強度；破壞形式

中圖分類號：TU57+8;TG494.7

文獻標志碼：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［2］，在現代化市政給排水工程中有著廣泛應用。然而，隨著服役時間的延長，給排水管道會不同程度的需要修補，且要求修補材料具有良好的抗折粘接強度等［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］，對于制備工藝參數對粘接強度等的影響規律仍不清楚。為了提高市政給排水管道修復補強能力，研究了不同集膠比、氧化鎂與磷酸鹽的質量比、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度，并對破壞形式進行了統計分析，結果將有助于具有高抗折粘接強度的市政排水管道的修補加固并推動磷酸鎂水泥基材料的應用。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

試驗原料包括商用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。澆筑成型后養護齡期分別為2 h、1 d和7 d。

1.3 測試方法

參照GB/T 17671標準對磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度進行了測試［10］，每組試樣取3根，以其平均值作為測試結果。磷酸鎂水泥基材料破壞后，采用Nikon數碼相機拍攝，記錄破壞形貌。

2 結果與分析

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度，養護時間分別為2 h、1 d和7 d。在不同的養護時間下，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都會隨著集膠比增加逐漸減小。當養護時間為7 d時，隨著集膠比增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度逐漸減小，且在相同集膠比條件下，養護時間為7 d時磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度要大于養護時間為2 h和1 d的試樣。這主要是因為集膠比的增加，會使得磷酸鎂水泥基材料體系中的水化產物減少，一定程度抑制了磷酸鎂水泥基材料的粘接強度提升［11-13］。

2.2 不同的氧化鎂/磷酸鹽質量比的磷酸鎂水泥基材料對抗折粘接強度的影響

圖2為不同氧化鎂與磷酸鹽的質量比的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度。

由圖2可知，隨著氧化鎂與磷酸鹽的質量比增加，不同養護齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都表現為先增加后減小，養護時間為1、7 d時磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度在氧化鎂與磷酸鹽的質量比為2時取得最大值，齡期為2 h時磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度在氧化鎂與磷酸鹽的質量比為3時取得最大值。此外，在相同氧化鎂與磷酸鹽的質量比下，齡期越長則磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度越大，而齡期1、7 d時磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度相差不大。

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度整體變化不大；在齡期為1 d時，隨著硼砂摻量增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度先增加后減小，在硼砂摻量為10%時取得最大值；在齡期為7 d時，隨著硼砂摻量增加，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度逐漸增大。在相同的硼砂摻量下，齡期越高則對應的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度越大。這主要是因為硼砂摻量的改變會影響凝結時間和流動性，如果硼砂摻量較大，水化反應會相對較慢［17］，但是在更長時間下才能使得界面充分浸潤而具有良好的界面粘接強度。

2.4 不同水膠比的磷酸鎂水泥基材料對抗折粘接強度的影響

圖4為不同水膠比的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度。隨著水膠比增加，不同養護齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都表現為逐漸減小。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優先破壞；（3）舊基體優先破壞。整體而言，當水膠比較低時，磷酸鎂水泥基材料的斷口多為平直狀，而水膠比較高時磷酸鎂水泥基材料的界面會優先從磷酸鎂水泥基材料一側開裂，隨著齡期延長，斷口轉而從舊基體一側發生開裂，這主要是因為此時的磷酸鎂水泥基材料界面結合力較強［19］。在較低的硼砂摻量時，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，修復材料的薄弱部位則演變為出現在新磷酸鎂水泥基材料一側，但是隨著齡期增加界面結合能力發生變化［0］，斷口則朝著舊基體一側轉移。

3 結語

（1）在不同的養護時間下，磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都會隨著集膠比增加逐漸減小;

（2）隨著氧化鎂與磷酸鹽的質量比增加，不同養護齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都表現為先增加后減小，養護時間為1 d和7 d時磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度在氧化鎂與磷酸鹽的質量比為2時取得最大值，齡期為2 h時磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度在氧化鎂與磷酸鹽的質量比為3時取得最大值;

（3）在相同的硼砂摻量下，齡期越高則對應的磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度越大。隨著水膠比增加，不同養護齡期下磷酸鎂水泥基材料的抗折粘接強度都表現為逐漸減小。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用改性材料抗折與粘接強度研究［J］.粘接，2023，50（11）：76-79.