本发明属于胶凝材料快速修补领域，特别涉及一种玻璃纤维磷酸镁水泥及其制备方法。
背景技术
混凝土材料作为当今世界上用量最多的建筑材料，其使用环境日益严峻，混凝土结构的耐久性问题受到了更多的关注。随着混凝土材料龄期的增长，其结构在外界各种因素的作用下会发生不同程度的破坏，从而影响结构的整体性以及稳定性，导致有大量服役的混凝土结构需要进行修补，尤其在环境因素的影响下，混凝土结构易出现诸如裂缝、剥蚀、孔洞等问题，若不能及时的处理就有可能加重对结构的破坏，这样不仅会影响结构的稳定性，而且影响着结构整体的安全性能，为了缓解环境对混凝土结构的影响，提高社会经济效益，需要寻求一种凝结速度快、早期强度高的材料，可以在短时间内对破损的混凝土结构进行修补，快速恢复结构的稳定性能。目前，常用的修补材料多为磷酸镁水泥，但其自身也存在着脆性大、强度不足的缺点。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种玻璃纤维磷酸镁水泥，解决了传统分磷酸镁水泥脆性大，粘结强度低的问题。
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁300～500份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.2～1.6份，水16～20份，镁磷比为(3～5)：1。
所述重烧氧化镁由菱镁矿(mgco3)煅烧后粉磨而成，质量纯度大于90％，200目筛余小于10％，比表面积为238m2/kg；
所述细集料为石英砂，模数为2.2～2.8；
所述酸式材料为磷酸二氢钾(kh2po4)，级别为工业纯，质量纯度大于96％，粒度为245～350μm；
所述增韧材料为经处理剂表面处理的玻璃纤维，其中，处理剂为硅烷偶联剂混合液，其化学成分按体积比为乙醇：去离子水：乙酸：硅烷偶联剂kh570＝230：25：4：1200，重量份数为100～400份。
一种玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1400℃或1800℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌45～60s，接下来向其中加入玻璃纤维先慢速搅拌，再高速搅拌，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(3)将搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入三联模具当中，振捣均匀，静置1～3h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
上述玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，其中：
所述步骤1中，重烧氧化镁的质量纯度大于90％，200目筛余小于10％，比表面积为238m2/kg；
所述步骤2中，玻璃纤维表面处理过程：浸泡于硅烷偶联剂混合液中30～40min，放置于烘箱中以40～50℃进行烘干。
所述步骤2中，以140±5r/min慢速搅拌45～60s，以285±10r/min高速搅拌2～3min。
所述步骤3中，模具的尺寸为40mm×40mm×160mm。
所述步骤3中，当地的室内气温为20～25℃，湿度为70％。
本发明的一种玻璃纤维磷酸镁水泥，抗压强度为52.1～79.5mpa，抗折强度为5.7～17.1mpa。
上述玻璃纤维磷酸镁水泥及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
本发明改良磷酸镁水泥的成分设计，通过添加处理后的玻璃纤维，在保证高强度的同时，对磷酸镁水泥进行增韧改性，防止被修补的裂缝发生二次开裂，且操作简单，成本较低。
附图说明
图1本发明对比例未经处理的玻璃纤维制备的维磷酸镁水泥的扫描电镜图；
图2本发明实施例1制备的玻璃纤维磷酸镁水泥的扫描电镜图。
具体实施方式
下述实施例1～5中，所述细集料为石英砂，模数为2.2～2.8；所述酸式材料为磷酸二氢钾(kh2po4)，级别为工业纯，质量纯度大于96％，粒度为245～350μm；所述增韧材料为经处理剂表面处理的玻璃纤维，其中，处理剂为硅烷偶联剂混合液，其化学成分按体积比为乙醇：去离子水：乙酸：硅烷偶联剂kh570＝230：25：4：1200，重量份数为100～400份。
将下述实施例1～5制得的玻璃纤维磷酸镁水泥，按照水胶比为(0.16～0.2)：1、胶砂比为1：1与四硼酸钠和水混合，制成硅酸盐水泥进行拉伸测试，将成型后的“8”字形试件对称地放置于拉伸试验机的夹具上，为防止产生斜拉作用及扭矩，应尽量保证试件放置在轴向方向上进行拉伸。以适当的加荷速度加荷至试件破坏，并记录下试件破坏时的载荷值以及试件断裂的位置。应采用游标卡尺测量“8”字形试件断裂位置的宽度和厚度，以mm计，按f＝f/bh式计算砂浆拉伸的粘结强度，并分析磷酸镁水泥与旧土混凝土粘结情况。
将下述实施例1～5制得的磷酸镁水泥胶凝材料迅速投入到需要补强的位置进行测试，首先用打磨机对破损的部位进行处理，然后利用手持冲击镐对所需修补范围的旧混凝土结构残余材料进行清除和凿平，之后对修补界面处进行凿毛并采用钢刷对凿毛部位处松散的颗粒以及泥沙进行洗刷，以保证粘结界面的清洁，然后将搅拌好的磷酸镁水泥修补材料浇筑到预先清理好的破损混凝土结构上，捣实铺平后养护2小时。磷酸镁水泥砂浆条采用30万能伺服试验机进行抗压强度和抗折强度测试性能，具体测试方法参照《gb/t17671-19995水泥胶砂强度检验方法》执行。
对比例
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁400份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.6份，水20份，镁磷比为4：1。
所述重烧氧化镁由菱镁矿(mgco3)煅烧后粉磨而成，质量纯度大于90％，200目筛余小于10％，比表面积为238m2/kg；
所述细集料为石英砂，模数为2.2；
所述酸式材料为磷酸二氢钾(kh2po4)，级别为工业纯，质量纯度大于96％，粒度为245～350μm；
所述增韧材料为未经处理剂表面处理的玻璃纤维。
玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1400℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌45s，接下来向其中加入玻璃纤维，先以140±5r/min的慢速搅拌45s，再以285±10r/min的高速搅拌2min，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(3)搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入40mm×40mm×160mm的三联模具当中，振捣均匀，静置1h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，当地的室内气温为20℃，湿度为70％，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
本实施例制得玻璃纤维磷酸镁水泥的抗压抗折强度如表1，微观形貌如图1所示。
表1
对比例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥扫描电镜图像如图1所示。
实施例1
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁300份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.2份，水16份，镁磷比为3：1。
玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1400℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌45s，接下来向其中加入经硅烷偶联剂混合液表面处理的玻璃纤维，先以140±5r/min的慢速搅拌45s，再以285±10r/min的高速搅拌2min，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(3)搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入40mm×40mm×160mm的三联模具当中，振捣均匀，静置1h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，当地的室内气温为20℃，湿度为70％，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
本实施例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥的粘结拉拔力为735.4n，并未对总孔体积、孔径分布、孔隙率与其耐水性产生较大的影响，将其作为修补材料浇筑到“8”字型模一侧预先装有硅酸盐水泥的另一侧测试粘结强度，其中，硅酸盐水泥按照水胶比为0.16：1、胶砂比为1：1将四硼酸钠、磷酸镁水泥和水混合制成，7d粘结抗拉强度为2.2mpa。玻璃纤维磷酸镁水泥的抗压抗折强度如表2。
本实施例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥扫描电镜图如图2所示，与未经处理的玻璃纤维的磷酸镁水泥相比，可明显看出经表面改性处理的玻璃纤维存在明显的凹凸表面，凹凸的表面会带来怎样的效果。
表2
实施例2
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁400份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.2份，水18份，镁磷比为4：1。
所述重烧氧化镁由菱镁矿(mgco3)煅烧后粉磨而成，质量纯度大于90％，200目筛余小于10％，比表面积为238m2/kg；
玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1800℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌60s，接下来向其中加入经硅烷偶联剂混合液表面处理的玻璃纤维，先以140±5r/min的慢速搅拌45s，再以285±10r/min的高速搅拌2min，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(2)搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入40mm×40mm×160mm的三联模具当中，振捣均匀，静置1h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，当地的室内气温为25℃，湿度为70％，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
本实施例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥的粘结拉拔力为756.6n，并未对总孔体积、孔径分布、孔隙率与其耐水性产生较大的影响，将其作为修补材料浇筑到“8”字型模一侧预先装有硅酸盐水泥的另一侧测试粘结强度，其中，硅酸盐水泥按照水胶比为0.16：1、胶砂比为1：1将四硼酸钠、磷酸镁水泥和水混合制成，7d粘结抗拉强度为2.6mpa。玻璃纤维磷酸镁水泥的抗压强度、抗折强度如表3所示。
表3
实施例3
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁300份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.2份，水16份，镁磷比为3：1。
玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1400℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌50s，接下来向其中加入经硅烷偶联剂混合液表面处理的玻璃纤维，先以140±5r/min的慢速搅拌55s，再以285±10r/min的高速搅拌2.5min，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(2)搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入40mm×40mm×160mm的三联模具当中，振捣均匀，静置1h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，当地的室内气温为25℃，湿度为70％，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
本实施例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥的粘结拉拔力为745.6n，并未对总孔体积、孔径分布、孔隙率与其耐水性产生较大的影响，将其作为修补材料浇筑到“8”字型模一侧预先装有硅酸盐水泥的另一侧测试粘结强度，其中，硅酸盐水泥按照水胶比为0.2：1、胶砂比为1：1将四硼酸钠、磷酸镁水泥和水混合制成，7d粘结抗拉强度为2.1mpa。玻璃纤维磷酸镁水泥的抗压强度、抗折强度如表4所示。
表4
实施例4
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁400份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.2份，水20份，镁磷比为4：1。
玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1800℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌60s，接下来向其中加入经硅烷偶联剂混合液表面处理的玻璃纤维，先以140±5r/min的慢速搅拌50s，再以285±10r/min的高速搅拌3min，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(2)搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入40mm×40mm×160mm的三联模具当中，振捣均匀，静置1h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，当地的室内气温为25℃，湿度为70％，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
本实施例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥的粘结拉拔力为748.9n，并未对总孔体积、孔径分布、孔隙率与其耐水性产生较大的影响，将其作为修补材料浇筑到“8”字型模一侧预先装有硅酸盐水泥的另一侧测试粘结强度，其中，硅酸盐水泥按照水胶比为0.2：1、胶砂比为1：1将四硼酸钠、磷酸镁水泥和水混合制成，7d粘结抗拉强度为2.5mpa。玻璃纤维磷酸镁水泥的抗压强度、抗折强度如表5所示。
表5
实施例5
一种玻璃纤维磷酸镁水泥，其组分按重量份数分配：重烧氧化镁500份，细集料1000份，酸式材料100份，增韧材料1.6份，水18份，镁磷比为5：1。
玻璃纤维磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
(1)将菱镁矿在温度为1400℃条件下煅烧，经研磨，得到重烧氧化镁；
(2)按玻璃纤维磷酸镁水泥成分配比，分别称量重烧氧化镁、磷酸二氢钾、石英砂、水，按照顺序分别投入到搅拌锅中，搅拌50s，接下来向其中加入经硅烷偶联剂混合液表面处理的玻璃纤维，先以140±5r/min的慢速搅拌55s，再以285±10r/min的高速搅拌2.5min，得到磷酸镁水泥胶凝材料；
(2)搅拌均匀的磷酸镁水泥胶凝材料迅速倒入40mm×40mm×160mm的三联模具当中，振捣均匀，静置1h后拆模，将试件放置在室内进行自然养护1d、3d、7d，当地的室内气温为25℃，湿度为70％，得到一种玻璃纤维磷酸镁水泥。
本实施例制得的玻璃纤维磷酸镁水泥的抗压强度、抗折强度如表6所示。
表6