CN102617059A - 磷酸盐基胶结料 - Google Patents
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Abstract
一种磷酸盐基胶结料，用磷酸盐胶结混合物与水共同拌合均匀而成，该磷酸盐胶结混合物所组成的材料及质量百分比为：磷酸盐胶结混合物为65%～80%，水20%～35%；磷酸盐胶结混合物的组成的材料及质量百分比为：磷酸二氢盐20%～60%；镁砂20%～40%；无机矿物填料0%～40%；缓凝剂占镁砂的5%～15%；砂子占磷酸盐胶结混合物的0%～30%。该磷酸盐胶凝料浆可作为结构加固胶制备混凝土加固用的纤维复合材料，提高与混凝土的相容性；也可作为胶凝料制备人造复合板材料、自流平料浆、保护涂料等等。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域的建筑材料，特别涉及一种磷酸盐基的胶结料。
背景技术
磷酸镁胶凝材料具有优越的性能，如快干早强，具有长期稳定、较高的力学性能；可以在低温下水化硬化，能在负温条件下发展强度；与其它材料的粘结性能好；具有良好的致密度和耐酸碱腐蚀性能，干缩小，耐磨性和抗冻性好。磷酸镁胶凝材料硬化后具有某些陶瓷制品的特性，又称为化学结合陶瓷。但是不像烧结的陶瓷制品，也与普通硅酸盐水泥水化硬化形成的材料有所区别，是介于其中的一种材料，能够满足这两者之间的一些用途。由于磷酸盐水泥的优良特性，目前在土木工程修复加固补强中正发挥着越来越重要的作用，应用于公路、桥梁及飞机跑道等的快速修复、补强（CN200810200921，磷酸盐快速修补建筑材料）。另外，磷酸盐胶凝材料可将工业副产物转化为技术附加值较高的建筑材料（CN200910105511，粉煤灰胶凝材料及其干混砂浆）；还可以用于对有害和放射性物质的固化封存（US Patent # 5,830,815，Method of Waste Stabilization via Chemically Bonded Phosphate Ceramics）；也作为制造人造板材的胶凝剂以替代昂贵而且有毒的有机胶凝剂(Donahue,P.K., D. Aro,M.D.,Durable phosphate-bonded natural fiber composite products. Cons.and Buil. Mater., 2010, 24, 215–219.)，等等。
磷酸镁水泥本身的优良性能，但是其本身也有一些性能上的缺点，例如，凝结时间过短，工作性较差，限制了这种材料的使用，使它的优良性能发挥不出来。在工程上许多场合，要求胶凝材料具有做够的流动度和凝结时间，以保证在比较从容的情况下进行施工或制备。例如磷酸镁水泥作为结构加固胶制备混凝土加固用的纤维复合材料时，制备人造复合板材料时，制备自流平料浆时，等等。
纤维增强复合聚合物（FRP－Fibre Reinforced polymer/ Plastic) 具有许多突出的性能优点，因此目前在加固混凝土结构技术领域应用非常普遍。但是，传统的FRP材料的基体为有机树脂，而由其制备的复合材料也存在着明显的缺点，如热稳定性差，与混凝土基材的相容性差等。在FRP用于混凝土加固时，由于树脂和混凝土分别属于有机材料和无机材料，两者的弹性模量差距很大，热胀冷缩的量不同，所以在使用的环境中由于温湿度循环变化，逐渐导致两者之间出现裂缝。另外，还存在价格昂贵、性价比较高、固化时产生内应力等缺点。这些问题成为FRP加固技术在工程应用中的缺陷，从而限制了FRP加固混凝土技术的使用效果，也隐藏着一些工程隐患。
发明内容
本发明的目的是制备一种工作性能优良的磷酸盐胶凝料浆，解决现有技术中凝结时间过短以及工作性较差的技术问题。
本发明为解决上述技术问题而提供的这种磷酸盐基胶结料用磷酸盐胶结混合物与水共同拌合均匀而成，该磷酸盐胶结料浆所组成的材料及质量百分比为：磷酸盐胶结混合物为65%～80%，水20%～35%；磷酸盐胶结混合物的组成的材料及质量百分比为：磷酸二氢盐 20%～60%；镁砂 20%～40%；无机矿物填料 0%～40%；缓凝剂占镁砂的5%～15%；砂子占磷酸盐胶结混合物的0%～30%。
本发明的优选方案是：磷酸盐胶结混合物68%～73%，水27%～32%；磷酸盐胶结混合物的组成的材料及质量百分比为：磷酸二氢盐 30%～50%；镁砂 25%～35%；无机矿物填料 0%～35%；缓凝剂占镁砂的8%～12%；砂子占磷酸盐胶结混合物的0%～30%。
本发明的进一步改进是所述磷酸盐胶结混合物为粉状原料。
本发明的进一步改进是所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠以及磷酸二氢铵三种原料中的至少一种，本方案中磷酸二氢钾、磷酸二氢钠以及磷酸二氢铵可以单独使用，也可以任意组合使用。
本发明的进一步改进是所述无机矿物填料是粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣粉、钢渣粉、高岭土、偏高岭土、沸石中的至少一种，粉体颗粒最大粒径小于200μm。
本发明可以采用粉状和颗粒状的磷酸二氢盐，采用颗粒状材料时，其颗粒粒径≤2．0mm，磷酸盐中的有效物质含量皆≥98％；镁砂包括重烧镁砂、电熔镁砂、海水镁砂中的一种或者其组合物替代，镁砂中的镁砂含量为80％～95％，细度为45微米方孔筛筛余5％～40％；粉煤灰为低钙灰，其细度为45微米方孔筛筛余5％～40％，硅灰石的细度为45微米方孔筛筛余5％～40％。缓凝剂是硼酸钠、硼酸、或其任意组合物，硼酸钠是指含结晶水的五硼酸钠和四硼酸钠中一种，或者其组合物，三者均为粉体，其中有效物质的含量≥98％。
该磷酸盐胶凝料浆凝结时间可调，工作性良好，可作为结构加固胶制备混凝土加固用的纤维复合材料，提高与混凝土的相容性；也可作为胶凝料制备人造复合板材料，或者用于制备自流平料浆等等。
具体实施方式
下面详细阐述本发明的具体实施例。
【实施例1】：本发明磷酸盐基胶凝料浆，用磷酸盐胶结混合物与水共同拌合均匀而成，所组成的材料及质量百分比为：磷酸盐胶结混合物65%～75%，水25%～35%；磷酸盐胶结混合物磷酸二氢盐、镁砂、无机矿物填料、缓凝剂组成，也可加入少量砂子。可以采用粉状和颗粒状的磷酸二氢盐，采用颗粒状材料时，其颗粒粒径≤2．0mm，磷酸盐中的有效物质含量皆≥98％；镁砂是指在重烧镁砂、电熔镁砂、海水镁砂中的一种或者其组合物，镁砂中的镁砂含量为80％～95％，细度为45微米方孔筛筛余5％～40％；粉煤灰为低钙灰，其细度为45微米方孔筛筛余5％～40％，硅灰石的细度为45微米方孔筛筛余5％一40％。缓凝剂是硼酸钠、硼酸、或其任意组合物，硼酸钠是指含结晶水的五硼酸钠和四硼酸钠中一种，或者其组合物，三者均为粉体，其中有效物质的含量≥98％。
所采用的磷酸二氢钾与磷酸氢二钠化学试剂。镁砂是购自山东鲁东耐火材料有限公司的重烧镁砂，其中镁砂含量为9l％，细度为45微米方孔筛筛余15％。粉煤灰为深圳妈湾电厂低钙粉煤灰，属于二级灰，细度为45微米方孔筛筛余12％。硅灰石粉购自福建省南平市硅灰石厂，细度为微米方孔筛筛余18％。本发明使用的硼酸（H3BO3）产自深圳大学化工厂，硼砂（Na2BO7·10H2O）产于上海化学试剂有限公司。
测定磷酸盐胶凝料浆的初凝时间和流动扩展度。凝结时间采用国家标准GB1346-89《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。扩展流动度采用微型塌落度仪(该塌落度仪上口内径36mm，下口内径64mm，高度60mm)测定，参照GB/T8077-2000《混凝土外加剂均质性试验方法》进行。
按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钾 60%，粉煤灰 20%，硼砂占重烧镁砂的15%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为26分钟，扩展流动度为185mm。
【实施例2】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钾 46%，粉煤灰 27%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为30分钟，扩展流动度为190mm。
【实施例3】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钾 20%，粉煤灰 30%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀， 再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为30分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例4】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钾 60%，粉煤灰 20%，硼酸占重烧镁砂的12%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为35分钟，扩展流动度为185mm。
【实施例5】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钾46%，粉煤灰 27%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为32分钟，扩展流动度为205mm。
【实施例6】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钾 20%，粉煤灰 30%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为28分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例7】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钠 60%，粉煤灰 20%，硼砂占重烧镁砂的15%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为125分钟，扩展流动度为192mm。
【实施例8】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钠 46%，粉煤灰 27%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为90分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例9】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钠 20%，粉煤灰 30%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为65分钟，扩展流动度为185mm。
【实施例10】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钠 60%，粉煤灰 20%，硼酸占重烧镁砂的12%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为135分钟，扩展流动度为205mm。
【实施例11】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钠46%，粉煤灰 27%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为120分钟，扩展流动度为205mm。
【实施例12】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钠 20%，粉煤灰 30%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为78分钟，扩展流动度为195mm。
【实施例13】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钾 60%，硅灰石粉 20%，硼砂占重烧镁砂的15%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为30分钟，扩展流动度为185mm。
【实施例14】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钾 46%，硅灰石粉 27%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再加入150ml水（水胶比30%）拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为28分钟，扩展流动度为190mm。
【实施例15】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钾 20%，硅灰石粉 30%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为26分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例16】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钾 60%，硅灰石粉 20%，硼酸占重烧镁砂的12%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为45分钟，扩展流动度为190mm。
【实施例17】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钾46%，硅灰石粉27%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为38分钟，扩展流动度为205mm。
【实施例18】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钾 20%，硅灰石粉 30%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为35分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例19】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钠 60%，硅灰石粉 20%，硼砂占重烧镁砂的15%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为110分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例20】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钠 46%，硅灰石粉 27%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为45分钟，扩展流动度为200mm。
【实施例21】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钠 20%，硅灰石粉 30%，硼砂占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为40分钟，扩展流动度为185mm。
【实施例22】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 20%，磷酸二氢钠 60%，硅灰石粉20%，硼酸占重烧镁砂的12%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比24%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为145分钟，扩展流动度为205mm。
【实施例23】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 27%，磷酸二氢钠46%，硅灰石粉27%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为125分钟，扩展流动度为205mm。
【实施例24】：按照下列的材料质量配合比配制磷酸盐胶结混合物，重烧镁砂 30%，磷酸二氢钠 20%，硅灰石粉 30%，硼酸占重烧镁砂的10%。准确称料并在搅拌锅内拌合均匀，再按照水胶比30%加入水分拌合成料浆。测定该料浆的初凝时间为90分钟，扩展流动度为195mm。
【实施例25】：制备混凝土加固补强用纤维复材料。采用单向玄武岩纤维与本发明的磷酸盐胶凝料浆一起制备。玄武岩纤维布是四川航天鑫拓玄武岩实业有限公司生产的玄武岩FRP单向纤维布，其性能参数见下表1。
表1玄武岩纤维布性能
| 重量(g/m2) | 厚度(mm) | 抗拉强度标准值(N/mm2) | 伸长率(% ) | 弹性模量(×105N/mm2) |
| 300 | 0. 115 | 2100 | 2.60 | 1.05 |
事先制备混凝土梁（400mm×100mm×100mm），采用海星小野田硅酸盐水泥（PO42.5.II）配制（原材料配合比为水泥：砂：石子：水：粉煤灰＝1：1.98：2.74：0.48：0.176），在实验室标准养护28天后三点抗折强度为10 MPa，抗压强度为58 MPa。将按照实施例2配制的磷酸盐胶凝料浆涂于干燥混凝土梁的一个侧面，然后把单向玄武岩纤维布均匀铺在料浆上面，轻轻压实，然后再在碳纤维布上在涂上一层磷酸盐胶凝料浆，放在实验室中让其干燥硬化。再次测定混凝土梁的抗折强度为16MPa，比裸梁的抗折强度增加6MPa。
【实施例26】：制备自流平自密实料浆，事先准备尺寸为10mm×10mm×10mm的混凝土三联试模，并将20mm～25mm的花岗岩石子装入三联试模中。按照实施例2的材料质量配合比制备出磷酸盐胶结混合物，再加入20%标准砂（中国水泥用标准GB178），然后按照水胶比20%加入水，拌匀，初凝时间为20分钟，扩展流动度为210mm。将该料浆慢慢浇注于三联混凝土试模中，成型尺寸为10mm×10mm×10mm的试块。然后放在实验室中硬化，测定浇筑后24后三个试块的平均抗压强度为21MPa。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磷酸盐基胶胶结料，其特征在于：用磷酸盐胶结混合物与水共同拌合均匀而成，该磷酸盐胶结料浆所组成的材料及质量百分比为：磷酸盐胶结混合物为65%～80%，水20%～35%；其中磷酸盐胶结混合物的组成的材料及质量百分比为：磷酸二氢盐 20%～60%；镁砂20%～40%；无机矿物填料 0%～40%；缓凝剂占镁砂的5%～15%；砂子占磷酸盐胶结混合物的0%～30%。
2.如权利要求1的磷酸盐基胶结料，其特征在于：磷酸盐胶结混合物68%～73%，水27%～32%；磷酸盐胶结混合物的组成的材料及质量百分比为：磷酸二氢盐 30%～50%；镁砂25%～35%；无机矿物填料 0%～35%；缓凝剂占镁砂的8%～12%；砂子占磷酸盐胶结混合物的0%～30%。
3.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述磷酸盐胶结混合物为粉状原料。
4.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠以及磷酸二氢铵三种原料中的至少一种。
5.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述磷酸二氢盐为粉状或直径不大于2.0mm的颗粒状。
6.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述镁砂为重烧镁砂、电熔镁砂以及海水镁砂中的至少一种，上述三种镁砂中镁砂含量为80％～95％，细度为45微米方孔筛筛余5％～40％。
7.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述镁砂的粉体颗粒最大粒径小于200μm。
8.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述无机矿物填料是粉煤灰、硅灰石粉、高炉矿渣粉、钢渣粉、高岭土、偏高岭土、沸石中的至少一种，粉体颗粒最大粒径小于200μm。
9.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述缓凝剂是硼砂和硼酸中的至少一种。
10.如权利要求1或2的磷酸盐基胶结料，其特征在于：所述硼砂为含结晶水的五硼酸钠和四硼酸钠中的至少一种。
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