使用磷酸盐水泥基纤维增强无机复合材料来增强混凝土的耐火性外文翻译资料

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建筑与建材

使用磷酸盐水泥基纤维增强无机复合材料来增强混凝土的耐火性

要闻

• 磷酸盐水泥用于生产纤维增强的无机聚合物（FRiP）复合材料。
• FRiP复合材料与混凝土基材的粘结性能极佳。
• 与FRP复合材料相比，FRiP复合材料的耐火性显着提高。

文章信息

文章历史：

2018年12月18日收到

以修订版收到2019年4月4日接受2019年4月8日

可供在线2019年4月11日

关键字：

磷酸盐水泥

纤维增强无机聚合物（FRiP）复合材料

纤维增强聚合物（FRP）复合材料耐火性

混凝土梁加固

图文摘要

摘 要

多年来，纤维增强聚合物（FRP）复合材料已广泛用于增强混凝土结构。FRP加固技术的关键问题是防火性。在这项研究中，基于磷酸盐水泥的纤维增强无机聚合物（FRiP）复合材料代替了传统的纤维增强聚合物（FRP）复合材料来增强混凝土梁的耐火性。FRiP复合材料，FRiP到混凝土的界面以及FRiP增强的混凝土梁的性能在着火前后均进行了测试。结果表明，磷酸盐水泥基FRiP复合材料可以显着增强混凝土梁的机械强度。此外，与环氧基玻璃钢复合材料相比，它们的耐火性大大提高。

copy;2019 Elsevier Ltd.保留所有权利。

1. 介绍

纤维增强聚合物（FRP）复合材料由于具有许多优点，例如重量轻，抗拉强度高和出色的耐腐蚀性，是用于增强现有混凝土结构的主流外部粘合材料。[1].但是，FRP复合材料与混凝土之间的相容性始终受到挑战，特别是在极端环境（例如频繁的潮气侵袭

author通讯作者。

电子邮件地址：cejgdai@polyu.edu.hk （戴建勋）。

和温度变化）[2–4].此外，玻璃钢复合材料中的有机聚合物（通常为环氧树脂）对高温的抵抗力较弱，在高温下其强度和刚度均会降低[5,6].火灾时，FRP复合材料也可能产生有毒气体。因此，最近进行了尝试使用无机/胶结材料代替FRP复合材料中的环氧树脂，以开发纤维增强的无机聚合物（FRiP）复合材料[也常称为“纤维增强的胶结基质（FRCM）”]以获得改进的方法。耐火性，与此同时，实现增强材料之间的更多兼容性和混凝土基材[7–11].

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.038 0950-0618 /copy;2019 Elsevier Ltd.保留所有权利。

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这些无机胶凝材料通常由波特兰水泥，碱活化水泥，三氯氧化镁水泥（MOC）或磷酸盐基水泥制成[10–19].上述无机胶凝材料的新鲜和硬化特性是FRiP强化技术成功的关键。通常仍需要使用聚合物作为添加剂来改善传统波特兰水泥基体的性能，以实现更好的粘结性能和收缩率控制等。碱活化材料具有出色的机械性能，但一些游离碱可能会从硬化样品中溶解导致风化问题

[20] 碳化和体积收缩通常可能是问题所在[21].MOC产品的耐水性可能很差，限制了它们在潮湿环境中的使用[22–24].磷酸胶凝材料是一种相对较新的材料，由于酸碱反应而与混凝土基材具有很强的粘合性能[25,26].它还具有很高的抗冻融性。尤其是，磷酸盐水泥或磷酸盐改性的水泥材料被证明具有良好的耐火性，可用作阻燃涂料。[17,27].然而，磷酸盐胶凝材料的凝固时间通常很短，并且当其打算用于开发FRiP复合材料时，需要改善其在纤维片材中的浸渍性能。

这项研究的目的是开发一种具有改善的可加工性，耐火性和与混凝土基材的粘结性能的磷酸盐基无机聚合物，并证明其可替代FRP复合材料中的环氧树脂以形成最佳的FRiP增强体系。人们认为，这种替代系统在耐火性受到严重关注的某些特殊应用中具有良好的应用潜力。

1. 实验程序
   1. 原料

该测试程序中使用的原材料包括磷酸二氢钾（PDP），氧化镁（M）和粉煤灰（FA）。PDP是一种化学试剂，是在中国四川省成都市科龙化学试剂厂合成的（有效含量为99％）。氧化镁购自中国山东省济南镁质耐火材料公司，是一种浅黄色粉末，由高温煅烧而成的氧化镁组成。FA是可商购的产品，其颜色为深灰色。氧化镁和FA的主要化学成分以及平均粒径总结如下表格1.为了提高磷酸盐水泥的性能并延长其凝结时间，使用了两种不同的缓凝剂磷酸氢二钠十二水合物（即A）和氯化钠（即B）。先前的研究表明，两种缓凝剂的组合使用是调整凝结时间的更有效方法，而使用一种缓凝剂可能难以获得令人满意的性能[28].自来水用于这项研究。从南京海泰复合材料有限公司购买的单向和连续碳纤维板（HITEX-C200）用于制备FRP和FRiP复合材料。其材料特性总结如下表2.

• 1. 磷酸盐水泥浆新鲜性能的测定

用来确定凝结时间和流动性的磷酸盐水泥浆的混合比例列于表3.基于包括PDP，氧化镁，FA，缓凝剂和水的各种组分的混合物来制备磷酸盐水泥浆。将粉末状的原料放入不锈钢碗中，并使用市售的搅拌器搅拌均匀。之后，加入水，然后缓慢搅拌1分钟（转速为140plusmn;5r / min。），再搅拌2分钟快速搅拌（转速为285plusmn;10r / min。）。然后按照中国国家标准GB / T 1346-2011对所形成的新鲜磷酸盐水泥浆的流动性和凝固时间进行测试。[29]，如图1所示在该测试期间，仅确定了磷酸盐水泥浆的初始凝固时间。

• 1. 室温下硬化磷酸盐水泥粘合剂的抗压强度试验

如图2所示制备了立方体试样（30mmtimes;30mm30mm）以测量硬化的磷酸盐水泥粘合剂的抗压强度。将搅拌均匀的磷酸盐水泥浆倒入涂有脱水剂的清洁模具中，然后将其在振动台上压实以使其表面光滑，1天后，在实验室条件下（20°Cplusmn;2°C，相对湿度60plusmn;5％）将样品脱模并固化。然后按照中国国家标准GB / T17671-1999进行3d，7d和28d抗压强度测试[30].使用计算机控制的电动液压伺服试验机以2.4 kN / s的加载速率进行压缩试验。对每组试验参数进行三个相同的试验测试，并使用平均值代表抗压强度。

• 1. 高温暴露后硬化磷酸盐水泥粘合剂的抗压强度测试

使用具有更好的强度性能的磷酸盐水泥浆的混合比例来制备用于高温暴露测试的立方体试样（30mmtimes;30mmtimes;30mmtimes;30mm）。在实验室条件下固化27天后，将样品放入烤箱中，在50°C下干燥48小时。然后，将它们在高温炉中煅烧。煅烧温度分别为250℃，500℃，750℃和1000℃。在每个温度下的煅烧时间为2小时。之后，将样品在空气中冷却至室温。仔细观察煅烧后样品的外观，并评估残余抗压强度。

• 1. 微观分析

采用高分辨率X射线衍射仪（D8 ADVANCE，Bruker AXS）对硬化型磷酸盐水泥粘合剂试样进行了火灾前和火灾后的高分辨率X射线衍射（XRD）分析。为了揭示高温暴露后硬化的磷酸盐水泥粘合剂的微观结构，扫描电子显微镜（SEM）使用场发扫描电子显微镜（QuantaTM250FEG，FEI）进行扫描。

表格1

原料的化学成分和平均粒径。

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表2

连续碳纤维片

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