CN101381220B - 多功能胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种建筑材料技术领域的多功能胶凝材料，包含一价磷酸二氢盐粉末、金属氧化物粉末和硅酸盐粉末，各组分质量百分比如下：一价磷酸二氢盐粉末15％-45％，金属氧化物粉末5％-15％，硅酸盐粉末40％-80％。本发明性能结构与陶瓷相近，具有高强，低孔隙率、高抗渗、耐高温和适用性广等特性。本发明主要通过一价的磷酸二氢盐与微溶性的金属氧化物和硅酸盐发生化学反应形成化学键而实现的，该胶凝材料具有良好的生物相容性，无毒无污染，可广泛用于建筑工程、废弃物固化处理和生物工程。

Description

多功能胶凝材料
技术领域
本发明涉及的是一种建筑材料技术领域的胶凝材料，具体地说，涉及的是一种以化学键结合的多功能胶凝材料。
背景技术
在建筑工程和废物处理工业中，急需一种能快速凝结硬化且无孔隙高强的胶结材料。传统的胶结材料，如水泥和陶瓷，由于自身的很多缺陷，在这方面的应用不甚理想。传统的水泥，呈现脆性大且硬化后多孔隙，使得其在恶劣环境中耐久性较差，同时其凝结硬化需要一段较长的时间，这样增加了施工的成本和维护时间。此外，其结构内部多孔和易于渗透的特性，也限制了其在废弃物处理工业中的应用，因为一些化学有毒物质易于从中析出。相对于传统的水泥而言，陶瓷是一种无孔隙且高强的胶凝材料，但是通过高温烧结而成的，不易用于现场施工且造价昂贵。然而，也有一些聚合物胶凝材料(如环氧树脂)，它们粘结力强，形成的胶凝材料无孔隙，强度高，但其生产成本昂贵，在遇到高温时易燃烧且释放有毒气体。
经对现有技术的文献检索发现，专利公开号：CN86106011，专利名称：高强复合胶凝材料，该专利提出以无机材料为主，通过掺加有机材料和偶联剂以提高其强度和柔韧性，但该胶凝材料由于使用了有机材料，其耐高温性比较差。又如专利号CN03118993.8，专利名称：高性能胶凝材料，该专利由20-50％的石膏+熟料所制得的熟料粉、50-75％的粉煤灰+粒化高炉矿渣粉、0～7％的硅灰粉经混合后制得，尽管其抗裂、抗侵蚀、抗冲击、抗冲刷等性能有较大改善，但其应该还属于水泥类胶凝材料。此外，还有一些专利提出了一些新型胶凝材料，如专利申请号：200810063891.X，专利名称：一种耐高温磷酸锌铝基胶凝材料及其制备方法；专利申请号：02135771.4，专利名称：磷铝酸盐系统胶凝材料。以上提及的胶凝材料均未能实现可以在建筑工程，废物处理和生物工程中应用，且具有高强、无孔隙、快速凝结硬化、易于着色和生物相容等特性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多功能胶凝材料，即以化学键结合的磷酸基-硅酸盐胶凝材料，可以在建筑工程、废物处理和生物工程中应用，且具有高强、无孔隙、快速凝结硬化、易于着色和生物相容等特性。
本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明通过磷酸二氢盐与微溶性的金属氧化物和微溶性的硅酸盐在水溶液中发生化学反应形成化学键而实现的。本发明包含一价磷酸二氢盐粉末、金属氧化物粉末和硅酸盐粉末，各组分质量百分比如下：
一价磷酸二氢盐粉末      15％-45％
金属氧化物粉末          5％-15％
硅酸盐粉末              40％-80％
本发明所采用的一价磷酸二氢盐、金属氧化物和硅酸盐均以粉末态掺入，按上述比例混合均匀后袋装而成。在施工现场，掺入适量水搅拌形成浆体。水与混合物比例控制为(1-1.5)：2，以1：2为最佳，在室温下搅拌10-25分钟，浇注到指定的模具或结构中。在现场也可根据工程的需要掺加砂或石子混合搅拌。如果需要可以添加颜料对其进行着色，因为本发明中采用的磷酸二氢盐、金属氧化物和硅酸盐均为白色。本发明主要是利用磷酸二氢盐与金属粉末迅速发生化学反应，产生的不溶性磷酸盐而具有较高的粘结力。硅酸钙是一种针状晶体，它的掺入将带来意想不到的效果。首先，它的针状结构，在浆体中起到微纤维作用，大大提高其抗裂和抗弯性能；其次，在水溶液作用下，硅酸钙不定型的结构迅速与磷酸基发生化学反应，大幅度提高了胶凝材料的强度和密实性；最后硅酸钙价钱便宜，有效地降低了成本。
所述的一价磷酸二氢盐可以选用磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢锂等其中一种，优先选用磷酸二氢钾。
所述的金属氧化物粉末可以选用MgO、BaO、ZnO和CaO中一种，优先选用MgO。所选的金属氧化物粉末溶解度常数要求为5-25，以5-12为最佳。
所述的硅酸盐粉末可以选用CaSiO3、MgSiO3、Na2SiO3和Li2SiO3中一种，优先选用CaSiO3。所选的硅酸盐粉末溶解度常数为5-25，以5-12为最佳。
本发明按比例称所需的一价磷酸二氢盐、金属氧化物及硅酸盐粉末，在搅拌机中充分搅拌均匀，形成产品，进行装袋。
本发明优点在于：它是一种在常温下能够实施的形成与陶瓷一样结构致密的胶凝材料，具有凝结硬化快、高抗弯抗压强度、低孔隙率、高抗渗性、耐高温具有生物相容性的多功能胶凝材料。
本发明是一种具有低孔隙率和高抗渗透能力的胶凝材料，可以广泛用于一些环境恶劣的场合(如寒冷地区和海洋环境)和废弃物的固化处理。
本发明能在常温下快速凝结硬化，易于着色和能与生物相容性的胶凝材料，广泛用于生物工程和各种人造石的生产。
本发明的胶凝材料可广泛应用于结构工程、废物固化处理和生物工程中，无毒无污染，可以降低结构物的尺寸而节约建筑物造价。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明以下实施例中采用的材料均为现有成熟产品，其中金属氧化物粉末可以选用MgO、BaO、ZnO和CaO中一种，优先选用MgO。所选的金属氧化物粉末溶解度常数要求为5-25，以5-12为最佳。硅酸盐粉末选用CaSiO3、MgSiO3、Na2SiO3和Li2SiO3中一种，优先选用CaSiO3。所选的硅酸盐粉末溶解度常数为5-25，以5-12为最佳。
实施例1
按质量比称取60％的硅酸钙粉末，10％氧化镁粉末和30％磷酸二氢钾粉末，充分搅拌形成产品，进行装袋，得到多功能胶凝材料。
将制备的多功能胶凝材料与水，按多功能胶凝材料：水为2：1(为质量比例)的比例搅拌15分钟后，浇注到试模中。试样在2个小时内完全凝结硬化，3天测试抗压强度为45MPa，抗弯强度为14MPa。经测试，试样无毒且具有良好的生物相容性。
实施例2
按质量比称取80％的硅酸镁粉末，5％氧化镁粉末和15％磷酸二氢钠粉末，充分搅拌形成产品，进行装袋，得到多功能胶凝材料。
将制备的多功能胶凝材料与水，按多功能胶凝材料：水为2：1(为质量比例)的比例搅拌10分钟后，浇注到试模中。试样在1.5个小时内完全凝结硬化，3天测试抗压强度为38MPa，抗弯强度为10MPa。经测试，试样无毒且具有良好的生物相容性。
实施例3
按质量比称取40％的硅酸钠粉末，15％氧化钙粉末和45％磷酸二氢铵粉末，充分搅拌形成产品，进行装袋，得到多功能胶凝材料。
将制备的多功能胶凝材料与水按以下比例进行拌和制备成料浆，多功能胶凝材料：水为1：0.75(为质量比例)，并将其与2倍质量的含有重金属的城市废弃物拌合固化。经过半年的观察和监测，未发现有重金属析出。
实施例4
按质量比称取50％的硅酸钙粉末，10％氧化锌粉末和40％磷酸二氢钾粉末，充分搅拌形成产品，进行装袋，得到多功能胶凝材料。
将制备的多功能胶凝材料与水按以下比例进行拌和制备成料浆，多功能胶凝材料：水为1：0.5(为质量比例)，搅拌15分钟后浇注到试模中，2小时内完全凝结硬化，3天后测试抗压强度50MPa，抗弯强度15MPa，经测试，改产品具有良好的生物相容性。

Claims (7)

1.一种多功能胶凝材料，其特征在于，包含一价磷酸二氢盐粉末、金属氧化物粉末和硅酸盐粉末，各组分质量百分比如下：
一价磷酸二氢盐粉末  15％-45％
金属氧化物粉末      5％-15％
硅酸盐粉末          40％-80％；
所述的硅酸盐粉末选用CaSi03，溶解度常数为5-25；
所述的金属氧化物粉末选用MgO、BaO、ZnO或CaO中一种。
2.如权利要求1所述的多功能胶凝材料，其特征是，所述的一价磷酸二氢盐选用磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠或磷酸二氢锂中一种。
3.如权利要求1或2所述的多功能胶凝材料，其特征是，所述的一价磷酸二氢盐选用磷酸二氢钾。
4.如权利要求1所述的多功能胶凝材料，其特征是，所述的金属氧化物粉末选用MgO。
5.如权利要求1或4所述的多功能胶凝材料，其特征是，所述的金属氧化物粉末溶解度常数为5-25。
6.如权利要求5所述的多功能胶凝材料，其特征是，所述的金属氧化物粉末溶解度常数为5-12。
7.如权利要求1所述的多功能胶凝材料，其特征是，所述的硅酸盐粉末溶解度为5-12。 
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