在我国,严寒地区主要包括东北等高纬度地区和青藏高原等高海拔地区,这些地区冬季气候严寒,普通的硅酸盐水泥基材料难以正常水化。磷酸镁水泥作为一种新型胶凝材料,具有快硬早强,结构致密,耐久性好,与旧混凝土界面粘结好等优点,特别适用于寒区冬季重要工程的紧急抢修。目前,对于磷酸镁水泥在-20℃及以下环境中的水化情况和微观结构的研究还比较少。为此,本文利用哈尔滨地区冬季自然气候特点,试验研究了磷酸镁水泥在严寒地区冬季自然环境中的净浆凝结时间、流动度、早期抗压强度、孔结构和微观组成特点,分析了镁磷比、硼砂掺量和养护温度与时间对其各项性能的影响,总结了其宏观性能与微观组成结构之间的关系。磷酸镁水泥净浆凝结时间随着镁磷比的增大和硼砂掺量的减少而减小,镁磷比为3～5时试样均能正常凝结,凝结时间均在20-40min范围内,镁磷比为2时可能会出现自由水结冰的现象。净浆流动度随着镁磷比增大和硼砂的减少而减小,流动度大小为75-160mm不等。考虑到冬季施工磷酸镁水泥结构物的安全性,后续研究选择镁磷比范围为3～5,硼砂掺量为2%。正温养护2h的早期强度能达到50MPa,养护24h时强度能发展到60MPa以上,镁磷比为3和4时强度较高。负温养护时,镁磷比越大,强度越高,镁磷比为5时24h强度能达到26.8MPa。负温养护22h转正温2h的试样的强度相对于负温24h的试样增长幅度随镁磷比增大而减小。镁磷比越大,养护温度越低,磷酸镁水泥的孔隙率越高,最低能达到11%,最高达到20%以上。磷酸镁水泥中10nm以下的介孔含量对其抗压强度有极大的影响。镁磷比越小,完全水化能生成的水化产物越多;镁磷比越大,水化反应速度越快,两者的综合效应共同决定其抗压强度,这一效应在不同养护温度下不尽相同。根据XRD图谱,镁磷比越小,未反应的磷酸盐越多,镁磷比越大,未反应的氧化镁越多。SEM图像显示,养护温度越高,结构越致密;在放热迅速的试样中还发现另一种水化产物迪磷镁铵石。TG-DSC曲线显示,鸟粪石在100-120℃之间失去5个结晶水,在650℃左右开始继续失水生成焦磷酸镁;正温下镁磷比越大,水化产物越少,质量损失越小。综合以上研究,在严寒地区冬季自然环境中,M/P为5时,磷酸镁水泥具有最高的抗压强度,水化最充分,在恒负温条件下综合性能最佳。M/P为4时,一旦转入正温,其性能会迅速提高,在昼夜温差较大的地区表现最好。磷酸镁水泥在高纬度和高海拔寒区有非常广阔的应用前景。