CN102659450B - 一种钾基磷酸镁水泥缓凝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钾基磷酸镁水泥缓凝方法。目的在于通过延缓磷酸镁水泥的凝结时间，提高水泥的水化程度和力学性能。其具体步骤为：先将碱性磷酸盐加水溶解，然后将碱性磷酸盐溶液中加入钾基磷酸镁水泥；其中碱性磷酸盐的掺入质量占钾基磷酸镁水泥中的镁化合物、含钾磷酸盐和硼氧化合物质量的2~6%。磷酸氢二钾实现磷酸镁水泥的凝结时间在20min~50min内可任意调节，适合于作为常温下的土建结构快速修补材料；磷酸三钾实现钾基磷酸镁水泥的凝结时间在40min~2.5h任意调节，适合于常温和高温下的各种工程应用。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸镁水泥缓凝方法，尤其涉及一种钾基磷酸镁水泥缓凝方法。
背景技术
磷酸镁水泥(magnesium-phosphate cement)，又叫化学结合磷酸镁陶瓷，是一种新型气硬性胶凝材料，由磷酸二氢钾或磷酸二氢铵、重烧MgO粉、掺合料、缓凝剂等制备而成，与水搅拌可以在较短时间内形成类似热烧结陶瓷的致密结构。磷酸镁水泥制备的水泥基材料，具有优异的抗盐冻性能、耐磨性、耐硫酸盐侵蚀性能、抗氯离子渗透性能等，耐久性突出。
因为原材料等因素，磷酸镁水泥有时凝结过快，一般在10分钟以内，凝结时间难以有效控制，施工性能差，材料放热量高，不利于高温、大面积施工。目前，磷酸镁水泥的缓凝技术主要有：配比、掺加缓凝剂或掺合料、碱缓凝、控制MgO的活性与细度和冷却搅拌水。这五种缓凝技术都存在着各种各样的不足之处：
配比。磷酸盐原料与镁化合物的摩尔比(P∶M比)越大，水泥的凝结时间越长。采用高P∶M比后，水泥浆体在硬化后会残存大量的可溶性磷酸盐，材料易吸湿、开裂，耐久性下降。胶凝材料的使用成本也因为磷酸二氢钾用量增多而大幅提高。
掺加缓凝剂或掺合料。目前已发现适合磷酸镁水泥的缓凝剂主要为四硼酸钠、硼酸和三聚磷酸钠。这些缓凝剂都具有一定的缓凝效果，但往往掺量过大，给磷酸镁水泥力学性能带来负面影响。使用掺合料主要是为了降低材料应用成本，因为分散作用也可以稍微延缓凝结时间。
碱缓凝。通过掺加易溶的碳酸盐或者氢氧化物(如碳酸钾、氢氧化钾等)，消耗浆体中部分初始H+来达到缓凝目的。碱消耗了H+影响整个水化过程中的MgO溶解量，降低了水泥的水化程度，对材料力学性能发展不利。
控制MgO的活性与细度。目前，制备磷酸镁水泥都是采用重烧镁粉，原料活性得到有效控制；重烧MgO的细度也有个适宜的范围，颗粒过大反而使得水化不充分，导致强度剧烈下降。
搅拌采用冷却水。国外报道中有，夏季采用低温搅拌水来延长凝结时间，但仅限于实验研究，实际操作性不佳。
发明内容
本发明的目的就是提供一种具有增强作用的钾基磷酸镁水泥缓凝方法，通过不同施工需求选择碱性磷酸盐,可以在20min~2.5h灵活调节凝结时间，改善水泥的微观结构特性和大幅提高水泥的后期强度。磷酸镁水泥的应用范围得到大幅扩展，不再局限于常温下的结构快速修补。
本发明的技术方案为：一种钾基磷酸镁水泥缓凝方法，其具体步骤为：先将碱性磷酸盐加水溶解，然后将碱性磷酸盐溶液中加入钾基磷酸镁水泥；其中碱性磷酸盐的掺入质量占钾基磷酸镁水泥中的镁化合物、含钾磷酸盐和硼氧化合物质量的2~6%。
优选所述的钾基磷酸镁水泥原料组份为镁化合物、含钾磷酸盐、硼氧化合物和掺合料；其中含钾磷酸盐与镁化合物的摩尔比为1∶（6~12），硼氧化合物用量占镁化合物、含钾磷酸盐原料和硼氧化合物质量的1~5%；掺合料掺量为占钾基磷酸镁水泥原料（镁化合物、磷酸盐原料、硼氧化合物和掺合料）质量的0~40%。优选其中的镁化合物为重烧氧化镁；含钾磷酸盐为磷酸二氢钾；掺合料为粉煤灰；硼氧化合物为四硼酸钠。
优选所述的碱性磷酸盐为磷酸氢二钾或磷酸三钾。
优选水的加入量为控制水与碱性磷酸盐和钾基磷酸镁水泥原料总质量（镁化合物、磷酸盐原料、硼氧化合物和掺合料），即水料质量比为0.08~0.12。
如果钾基磷酸镁水泥凝结时间要求在20~50min时，优选采用磷酸氢二钾作为碱性磷酸盐，适用于低温和常温下快速修补工程。
如果钾基磷酸镁水泥凝结时间要求在40min~2.5h时，优选采用磷酸三钾作为碱性磷酸盐，适用于常温下和高温下各种修补工程。
本发明的使用方法为：首先，根据操作需求将规定量的碱性磷酸盐溶解于搅拌用水，待溶解完全后往溶液中倒入配制好的磷酸镁水泥，搅拌机搅拌后即可使用。碱性磷酸盐改善了硬化水泥浆体的水化程度，大幅提高了浆体的后期力学性能。
有益效果：
本发明涉及的磷酸镁水泥缓凝方法可以有效调节磷酸镁水泥材料的凝结时间。通过控制碱性磷酸盐的种类和掺量，可以实现水泥凝结时间在20min~2.5h范围随意调节。凝结时间的延长为磷酸镁水泥材料的施工操作预留了大量的时间，扩大了该水泥的应用范围，如高温和大体积施工。通过延缓水泥的凝结反应，磷酸镁水泥水化更为充分，力学性能得到较大提升。更为重要的是，该缓凝方法不会引入外来离子，这也有利于材料结构的发展。
具体实施方式
磷酸镁水泥在土建修补工程具有广泛的应用价值，磷酸镁水泥的缓凝技术以碱性磷酸盐为基础，根据不同施工需求选择碱性磷酸盐的种类与掺量。
实施例1
按磷酸二氢钾与重烧氧化镁摩尔比为1∶6，四硼酸钠用量占（镁化合物+磷酸盐原料+硼氧化合物）质量的2%。称取占总质量（磷酸二氢钾、重烧氧化镁和四硼酸钠）6%的磷酸氢二钾，磷酸氢二钾首先溶解于搅拌用水，待溶解完毕后与粉状重烧氧化镁、磷酸二氢钾、四硼酸钠一起搅拌，制备得磷酸镁水泥净浆材料；其中用水料（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠和磷酸氢二钾）质量比为0.09。20±2℃下干燥环境养护，测得基本性能：
凝结时间为47min，1d、3d、7d和28d抗压强度分别为28.1MPa、39.9MPa、58.6MPa和67.4MPa。
该配方适合于低温和常温下各种土建修补材料。
实施例2
按磷酸二氢钾与重烧氧化镁摩尔比为1∶12，四硼酸钠用量占（镁化合物+磷酸盐原料+硼氧化合物）质量的2%。称取占（磷酸二氢钾、重烧氧化镁和四硼酸钠）总质量3%的磷酸氢二钾，磷酸氢二钾首先溶解于搅拌用水，待溶解完毕后与粉状重烧氧化镁、磷酸二氢钾、四硼酸钠一起搅拌，制备得磷酸镁水泥净浆材料；其中，其中用水料（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠和磷酸氢二钾）质量比为0.09。20±2℃下干燥环境养护，测得基本性能：
凝结时间为21min，1h、1d、7d和28d抗压强度分别为37.3MPa、49.5MPa、64.4MPa和66.7MPa。
该配方适合于低温和常温下土建结构的快速修补和混凝土加固。
实施例3
按磷酸二氢钾与重烧氧化镁摩尔比为1∶8，四硼酸钠用量占（镁化合物+磷酸盐原料+硼氧化合物）质量的5%。称取占（磷酸二氢钾、重烧氧化镁和四硼酸钠）总质量6%的磷酸三钾，首先磷酸三钾溶解于搅拌用水，待溶解完毕后与粉状重烧氧化镁、磷酸二氢钾、四硼酸钠一起搅拌，制备得磷酸镁水泥净浆材料。其中，其中用水料（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠和磷酸氢三钾）质量比为为0.09。
20±2℃下干燥环境养护，测得基本性能：
凝结时间为139min，1d、3d、7d和28d抗压强度分别为24.1MPa、37.4MPa、46.6MPa和73.1MPa。
该配方适合于常温或高温下各种土建修补材料。
实施例4
按磷酸氢二钾与重烧氧化镁摩尔比为1∶10，四硼酸钠占(磷酸氢二钾+重烧氧化镁+四硼酸钠)质量的5%，粉煤灰用量占（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠和粉煤灰）总质量的40%。称取占(磷酸二氢钾+重烧氧化镁+四硼酸钠)总质量6%的磷酸三钾，首先磷酸三钾溶解于搅拌用水，待溶解完毕后与粉状重烧氧化镁、磷酸二氢钾、四硼酸钠、粉煤灰一起搅拌，制备得磷酸镁水泥净浆材料。其中，水料（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠、粉煤灰和磷酸三钾）质量比为0.12。20±2℃下干燥环境养护，测得基本性能：
凝结时间为146min，1d、3d、7d和28d抗压强度分别为21.3MPa、39.5MPa、53.3MPa和69.8MPa。
该配方适合于常温或高温下各种土建修补材料。
实施例5
按磷酸二氢钾与重烧氧化镁摩尔比为1∶8，四硼酸钠占(磷酸二氢钾+重烧氧化镁+四硼酸钠)总质量的3%，粉煤灰占（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠和粉煤灰）总质量的20%。称取占(磷酸二氢钾+重烧氧化镁+四硼酸钠)质量4%的磷酸氢二钾，首先磷酸氢二钾溶解于搅拌用水，待溶解完毕后与粉状重烧氧化镁、磷酸二氢钾、四硼酸钠、粉煤灰一起搅拌，制备得磷酸镁水泥净浆试样。其中，水料（磷酸二氢钾、重烧氧化镁、四硼酸钠、粉煤灰和磷酸氢二钾）质量比为0.10。控制养护温度20±2℃，成型后先干燥环境养护3天，其后分别在干燥环境、水中、5%硫酸镁溶液中继续养护28天、60天和60天，测得基本性能：
测得基本性能为凝结时间为29min，在规定龄期测得抗压强度分别为70.5MPa、58.6MPa和57.7MPa。
该配方适合于常温下干燥环境、潮湿环境和短期接触硫酸盐侵蚀的结构快速修补工程。
Claims (2)
1.一种钾基磷酸镁水泥缓凝方法，其具体步骤为：先将碱性磷酸盐加水溶解，然后将碱性磷酸盐溶液中加入钾基磷酸镁水泥；其中碱性磷酸盐的掺入质量占钾基磷酸镁水泥中的镁化合物、含钾磷酸盐和硼氧化合物总质量的2～6％；其中所述的碱性磷酸盐为磷酸氢二钾或磷酸三钾；其中钾基磷酸镁水泥原料组份为镁化合物、含钾磷酸盐、硼氧化合物和掺合料；其中含钾磷酸盐与镁化合物的摩尔比为1:(6～12)，硼氧化合物用量占镁化合物、含钾磷酸盐原料和硼氧化合物质量的1～5％，掺合料掺量为占钾基磷酸镁水泥原料总质量的20～40％；其中镁化合物为重烧氧化镁，含钾磷酸盐为磷酸二氢钾，掺合料为粉煤灰，硼氧化合物为四硼酸钠。
2.根据权利要求1所述的钾基磷酸镁水泥缓凝方法，其特征在于水的加入量为控制水与碱性磷酸盐和钾基磷酸镁水泥原料总质量，即水料的质量比为0.08～0.12。
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| CN102234200B (zh) * | 2010-04-25 | 2013-05-29 | 杨建明 | 一种磷酸钾镁水泥凝结时间和早期水化速度的控制方法 |
-
2012
- 2012-05-30 CN CN201210173696.9A patent/CN102659450B/zh active Active
Non-Patent Citations (4)
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| Na2HPO4.12H2O对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响;杨建明等;《建筑材料学报》;20110630;第14卷(第3期);第299-304页 * |
| 杨建明等.Na2HPO4.12H2O对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响.《建筑材料学报》.2011,第14卷(第3期), |
| 林玮等.磷酸镁水泥中的粉煤灰效应研究.《建筑材料学报》.2010,第13卷(第06期), |
| 磷酸镁水泥中的粉煤灰效应研究;林玮等;《建筑材料学报》;20101231;第13卷(第06期);第716-721页 * |
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| Publication number | Publication date |
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