CN105294048B - 磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，其包括：工序A：将水、复合缓凝剂和磷酸镁水泥基材料的酸组分混合在一起，并进行第一阶段搅拌，得到第一阶段拌合物；工序B：将工序A制得的第一阶段拌合物与磷酸镁水泥基材料的碱组分和掺合物混合在一起，并进行第二阶段搅拌。本发明能充分溶解及分散磷酸镁水泥的复合缓凝剂和酸组分，有利于促进磷酸镁水泥基材料的酸碱反应进程、反应的程度和强度发展的均匀性；并且还能使胶凝材料与骨料、纤维界面充分浸润和粘结，同时减少拌合物的空气气泡。

Description

磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺

技术领域

本发明涉及一种建筑用磷酸镁水泥基材料的搅拌工艺，特别是一种磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，属于土建材料加工技术领域。

背景技术

磷酸镁水泥(MPC)是一种早强快硬的新型胶凝材料，具有低温凝结快、与混凝土结构粘结强度高、干缩小、粘附性强、耐磨性和抗冻性良好等优点，具有较好的应用前景。磷酸镁水泥基材料是基于酸碱组分反应而形成强度，与硅酸盐水泥相比，其胶凝材料中的碱组分(死烧氧化镁粉)和酸组分(磷酸盐)因受潮反应而不宜混合后长期存储备用。此外，已有的实验结果表明，酸碱组分比例是影响磷酸镁水泥材料性能的关键参数之一。Weill等对MPC的研究认为，碱组分应相对过量，过量的MgO作为胶凝体系的骨架或堆积料对硬化体强度的提高和稳定有益，但酸碱比例应满足一定要求。如果体系中MgO用量太少，那么材料固化后酸性组分未完全反应，固化体中留有可溶性盐，将导致材料强度衰减过快。如果用量太多，将导致反应速度太快，浆体凝结时间短，不便于使用，且过快的水化放热速度使水化产物晶体不稳定、缺陷较多，使得材料后期强度下降。而相关实验研究表明，磷酸镁水泥净浆、砂浆、混凝土等不同的材料形式，对应的最佳的氧化镁粉和磷酸盐比例不同，如MPC净浆和砂浆的最佳酸碱组分为1:2.5～1:3和1:1.5～1:2(质量比)。因而，磷酸镁水泥使用时胶凝材料宜采用酸碱两组分形式，不仅利于保质，更便于复合材料的优化设计。

此外，磷酸镁水泥的反应机理是基于微溶盐的酸碱反应。MPC所采用的磷酸二氢钾在20℃100g水中的溶解度为22.6g、磷酸二氢氨在20℃100g水中的溶解度为37.4g，而根据MPC最佳水胶比实验结果计算磷酸盐与水的质量比约1.8:1～1.9:1；硼砂是MPC中使用的缓凝剂之一，其在20℃100g水中的溶解度为2.01g，而在MPC的组分中，硼砂与水的质量比在0.07以上；由此可见，磷酸镁水泥基材料组分中的水不足以溶解酸组分和缓凝剂，碱组分氧化镁粉更是不溶于水，如何充分分散酸组分和缓凝剂，不仅影响MPC材料强度发展的均匀性，也会影响酸碱反应的充分性。

综上所述，形成强度发展均匀的磷酸镁水泥基材料的拌制涉及酸组分、缓凝剂的充分分散，然后和氧化镁粉的均匀拌合两个关键过程，因此，有必要对MPC材料的搅拌工艺和相关设备进行设计与开发。

借助SooPAT专利检索系统探讨水泥基材料的搅拌工艺，主要有如下典型的水泥基材料搅拌工艺与方法：许虎贤等申请的专利《混凝土二次搅拌新工艺》(CN1249232A)提供了一种先将粗骨料进行冲洗、湿润，再进行粉料裹覆搅拌，最后加入细骨料、外加剂掺合搅拌的混凝土二次搅拌工艺，由于冲洗过程提高了骨料的品质，有效提高了混凝土的质量。许虎贤等申请的专利《快速制浆法多步混凝土搅拌工艺》(CN1396048A)为快速制浆多步混凝土搅拌工艺，其特征在于先行搅拌水泥粉料，再与骨料拌合，该专利能使混凝土中的结合料得到充分的水化，有助于提高混凝土强度，进一步可以节约水泥等结合料，同时，粉料被搅拌成浆体进入混凝土搅拌机，有效减少粉尘污染。梁毅等申请的专利《沥青水泥砂浆搅拌工艺》(CN101234511A)为形成高性能沥青水泥砂浆，将搅拌工艺分为高速搅拌和低速搅拌两个阶段，高速搅拌使乳化沥青、流化剂、干混砂浆快速均匀分散于搅拌主机液体中，避免形成凝聚甚至沉淀、同时提高了拌合工作效率；而随后加入消泡剂并低速搅拌，避免成品沥青水泥砂浆内混有空气形成气泡，保证混合料质量。张吉庆申请的专利《水泥混凝土二次搅拌工艺》(CN103862570A)首先将水泥、水按所需配合比加入磨浆机，利用磨浆机的强力摩擦和剪切使水泥充分水化，制成的水泥浆料再加入砂、石骨料的强制式搅拌机内再进行搅拌，制成水泥砼混合料。该专利提供的搅拌过程在砂石表面不会形成自由水膜，有助于提高胶凝材料与骨料的粘结力，提高了混凝土强度也达到节约水泥的目的，但该专利未提供相应的拌合设备设计。

混合料的搅拌是各相物料间扩散、剪切及对流的过程，物料表明间的粘结力是搅拌阻力的主要来源，而物料的聚团、沉淀与不相溶是影响混合料均匀性的关键因素。多年来，有关学者和工程师对水泥基材料的搅拌工艺提出了创新性的设计和实验验证，将振动、剪切与传统的搅拌方式进行结合。其中振动搅拌技术研究较早，并认为振动装置使物料颗粒处于颤振状态，破坏水泥凝聚团，降低了物料运动阻力，提高了搅拌效率。赵利军等对水泥混凝土的振动搅拌的合理激振方式、合理振动参数进行了实验研究，并设计制作了振动与搅拌装置一体化的实验样机；而陈彪等申请的专利《振动搅拌机》(CN203985794U)是在搅拌桶侧面设置振动电机，以加强物料混合的均匀性。剪切搅拌多用于精细化工行业，在沥青的改性制备中也有应用，而在水泥基材料的搅拌中的应用较少，金建国等申请的专利《移动式水泥浆液高速剪切搅拌机》(CN201752904U)以高速旋转的三义搅拌碟盘快速分散水泥浆，提高水泥浆的均匀性。

通过专利检索和文献查阅，关于磷酸镁水泥基材料搅拌工艺和设备的开发与研究尚未见报道。

发明内容

本发明目的是：针对上述问题，提供一种磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，其能充分溶解及分散磷酸镁水泥的复合缓凝剂和酸组分，有利于促进磷酸镁水泥基材料的酸碱反应进程、反应的程度和强度发展的均匀性；并且还能使胶凝材料与骨料、纤维界面充分浸润和粘结，同时减少拌合物的空气气泡。

本发明的技术方案是：所述磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，包括：

工序A：将水、复合缓凝剂和磷酸镁水泥基材料的酸组分混合在一起，并进行第一阶段搅拌，得到第一阶段拌合物；

工序B：将工序A制得的第一阶段拌合物与磷酸镁水泥基材料的碱组分和掺合物混合在一起，并进行第二阶段搅拌。

本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

在所述工序A进行之前，还将所述复合缓凝剂与所述水混合在一起，并进行搅拌。

采用周向转拌与高速剪切相组合的方式对所述复合缓凝剂和所述水的混合物进行搅拌。

在所述工序B完成之后，还进行工序C：将工序B制得的第二阶段拌合物与骨料或/和纤维混合在一起，并进行搅拌。

在所述工序C中，采用周向转拌与高频振动相组合的方式对所述第二阶段拌合物与骨料或/和纤维的混合物进行搅拌。

在所述工序A中，采用周向转拌与高速剪切相组合的方式对所述复合缓凝剂、水和磷酸镁水泥基材料的酸组分的混合物进行搅拌。

在所述工序B中，采用周向转拌与高频振动相组合的方式对所述第一阶段拌合物、磷酸镁水泥基材料的碱组分和掺合物的混合物进行搅拌。

本发明的优点是：本发明提供的搅拌工艺第一阶段的剪切搅拌能充分溶解及分散磷酸镁水泥的复合缓凝剂和酸组分，有利于促进磷酸镁水泥基材料的酸碱反应进程、反应的程度和强度发展的均匀性；第二阶段的振动搅拌能减小物料拌合的运动阻力，提高拌合效率，使胶凝材料与骨料、纤维界面充分浸润和粘结，同时减少拌合物的空气气泡。本发明提供的小型搅拌机适合上述搅拌工艺的要求，并能实现多批次混合料的穿插拌合，提高了拌合效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明搅拌设备的俯视图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明搅拌设备的侧视图；

图4为图3的B-B向剖视图；

图5为本发明技术方案实施例中步骤4)的操作演示图；

图6为本发明技术方案实施例中步骤7)的操作演示图；

图7为本发明技术方案实施例中步骤8)的操作演示图；

图8为本发明技术方案实施例中搅拌方式对MPC净浆水化温度的影响曲线图。

图9为本发明技术效果实施例一中不同龄期的MPC净浆抗折与抗压强度曲线；

图10为本发明技术效果实施例二中不同搅拌方法对MPC砂浆压强度的影响曲线图；

其中：1-机架，2-第一搅拌桶，3-第二搅拌桶，4-第一搅拌电机，5-第一搅拌叶片，6-高速剪切机，7-第二搅拌电机，8-第二搅拌叶片，9-振动电机，10-激振杆，11-第一立柱，12-转轴，13-第一链条，14-第一搅拌桶翻转电机，15-第二立柱，16-横梁，17-单向铰链，18-铰轴，19-防尘防护罩，20-撬杆，21-第一约束钢带，22-第二约束钢带，23-行走轮，24-推拉把手，25-支脚，26-设备控制器，27-轴承座，28-桶底支撑座，29-齿轮，30-蜗杆变速箱，31-第二链条，32-搅拌驱动电机，33-桶体翻转卡环，34-止滑块。

具体实施方式：

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而并非限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体施工单位的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

技术方案实施例：

磷酸镁水泥基材料一般分为磷酸镁水泥净浆、磷酸镁水泥砂浆、磷酸镁水泥混凝土、纤维磷酸镁水泥基复合材料等类型。申请人通过实验验证，可行的搅拌投料顺序为：(a)缓凝剂组分溶解(水和复合缓凝凝剂)；(b)加入磷酸镁水泥基材料的酸组分(为可溶性磷酸盐，一般为磷酸二氢钾、磷酸二氢氨、等)分散；(c)加入磷酸镁水泥基材料的碱组分(一般为死烧氧化镁粉)、掺合料拌合；(d)加入骨料、纤维等拌制混合料。其中，(a)和(b)需要充分溶解和分散，拌制物呈液体状；(c)的拌制物应混合均匀，根据设计的不同水胶比形成一定稠度的胶泥；而(d)的拌制形成最终拌合产物，需要使胶凝材料与骨料、纤维的界面层充分粘结、浸润，同时要减少空气气泡，以有利于成型构件的强度。因此，本实施例将磷酸镁水泥基材料采用两阶段搅拌工艺，第一阶段为磷酸镁水泥基材料的复合缓凝剂及酸组分溶解分散性搅拌，第二阶段为第一阶段的拌合物与碱性组分、掺合料、骨料、及纤维等材料的复合拌制形成最终混合料。

根据上述分析，本实施例所设计的这种磷酸镁水泥基材料两阶段搅拌工艺具体包括如下工序：

1)根据混合料配合比设计，定量称取水、复合缓凝剂、酸组分、碱组分、掺合料等原料，分别放于暂存容器中备用。如果拌制的是磷酸镁水泥砂浆、磷酸镁水泥混凝土或纤维磷酸镁水泥基复合材料，还需称取一定分量的骨料或/和纤维。

2)将水和复合缓凝剂倒入搅拌桶A中，开启搅拌电机A对桶内的水和复合缓凝剂搅拌(周向转拌)10秒钟，开启高速剪切机拌制缓凝剂溶液30～60秒钟(对水和复合缓凝剂进行剪切乳化)，剪切机速率为3000r/min～4000r/min，关闭高速剪切机，搅拌电机A持续搅拌(周向转拌)。

3)将磷酸镁水泥基材料的酸组分(简称酸组分)也倒入上述搅拌桶中，开设搅拌电机持续搅拌10秒钟，开启高速剪切搅拌机充分分散酸组分60～90秒钟，关闭高速剪切机和搅拌电机，得到第一阶段拌合物。

4)将制得的第一阶段拌合物倒入另一个搅拌桶B中，开启与该搅拌桶B配套的搅拌电机B。

5)在将第一阶段拌合物倒入搅拌桶B的同时，在搅拌桶B中缓慢加入碱组分和掺和料，第一阶段拌合物、碱组分和掺和料投放结束后，开启高频振动器，利用搅拌电机B和该高频振动器对搅拌桶B内的第一阶段拌合物、碱组分和掺和料周向转拌和振动60秒～90秒，关闭搅拌电机B和高频振动器。

6)如果拌制的是磷酸镁水泥砂浆、磷酸镁水泥混凝土或纤维磷酸镁水泥基复合材料，在上述碱组分和掺合料持续搅拌60秒钟后，投放骨料或/和纤维等材料，并持续搅拌60秒～90秒钟后关闭搅拌电机B和高频振动器，便可得到所需的磷酸镁水泥基材料成品。

如果拌制的是磷酸镁水泥净浆，那么上述工序5)结束后，便可得到所需的磷酸镁水泥基材料成品——磷酸镁水泥净浆，无需进行上述工序6)的操作。

参照图1～图7所示，为了便于上述搅拌工艺的实施，本例还提供了一种专门实施该工艺的搅拌设备，该搅拌设备包括：

机架1，

设于该机架1上的第一搅拌桶2和第二搅拌桶3，

与所述第一搅拌桶2配套的第一搅拌器，以及

与所述第二搅拌桶3配套的第二搅拌器；

所述第一搅拌桶2可翻转地安装在所述机架1上，当该第一搅拌桶翻转倾倒时能够将其内存放的物料倒入所述第二搅拌桶3内。

本发明中所说的“内”和“外”，均是以图3为参照的，在图3中垂直于纸面向内为“内”，在图3中垂直于纸面向外为“外”。

如图2所示，本实施例中，所述第一搅拌器包括第一搅拌电机4，该第一搅拌电机4的电机轴上连接有伸入所述第一搅拌桶2内的第一搅拌叶片5。为了增强该第一搅拌器的拌合能力，该第一搅拌器还包括一高速剪切机6，如图3和图2所示。

如图2所示，本实施例中，所述第二搅拌器包括第二搅拌电机7，该第二搅拌电机7的电机轴上连接有伸入所述第二搅拌桶3内的第二搅拌叶片8。为了增强该第二搅拌器的拌合能力，所述第二搅拌器还包括振动电机9，该振动电机9上设置有伸入所述第二搅拌桶3内的激振杆10。

本例中，所述第一搅拌桶2与机架1之间的具体装配方式可参照图2和图2所示：机架1上固定设置有两根内外平行分布的第一立柱11，第一搅拌桶2通过转轴12翻转连接在这两根第一立柱11上。为了便于操作人员对第一搅拌桶2的翻转，本例在机架1上还设置有通过第一链条13与所述转轴12传动连接、以用于带动所述第一搅拌桶2作翻转动作的第一搅拌桶翻转电机14。

因本例中的第一搅拌桶翻转电机14布置在人员容易触及到的较低位置，为了保证人员安全，同时避免电机集尘，本例在机架1上还布置有罩在所述第一搅拌桶翻转电机14外的防尘防护罩19。

参照图4所示，为了让操作人员能够十分轻易地将第二搅拌桶3中的物料倒出，本例还采用了下述结构：机架1上设置有两根内外平行分布的第二立柱15、以及布置在这两根第二立柱15顶端的横梁16。其中位于内侧的那根第二立柱15的下端固定在机架1上，而位于外侧的那根第二立柱15的下端通过单向铰链17翻转连接在机架1上。所述横梁16的一端通过铰轴18翻转连接在内侧那根第二立柱15的顶端，横梁16的另一端支撑在外侧那根第二立柱15的顶端。且外侧那根第二立柱15上连接有位于第二搅拌桶3下方的撬杆20。所述第二搅拌电机7和振动电机9均固定设置在所述横梁16上。

参照图6和图7所示，实际应用中，待第二搅拌桶3内的搅拌物拌合完成后，在图6中翻开横梁16，从而使得第二搅拌电机7上连接的第二搅拌叶片8和振动电机9上连接的激振杆10移除第二搅拌桶3外，然后向下翻开外侧的那根第二立柱15，在撬杆20的作用下将第二搅拌桶3撬起并翻转倾倒，进而将第二搅拌桶3内的物料倒出，此时第二搅拌桶3支撑在第二立柱15上面(此时第二立柱15横向倾倒布置)如图7。

为了使第二立柱15横向倾倒后能够稳定支撑在地面上，本例在第二立柱15的上端(以图3为参照)设置了支脚25。

此外，本例在机架1上设置有一轴承座27、旋转连接在该轴承座上的桶底支撑座28、固定在桶底支撑座上的齿轮29、以及通过蜗杆变速箱30和第二链条31与所述齿轮29传动连接的搅拌驱动电机32。所述第二搅拌桶3支撑在桶底支撑座28上，当搅拌驱动电机32运行时，其能够带动第二搅拌桶3作与所述第二搅拌叶片8相反方向的旋转运动。图1中，箭头M表示第二搅拌桶3的旋转方向，箭头N表示第二搅拌叶片8的旋转方向。

而且在桶底支撑座28和第二搅拌桶桶底之间设置有桶体翻转卡环33，以避免工作时第二搅拌桶3脱离桶底支撑座28。

如图6和图7所示，为了避免向下翻开外侧那根第二立柱15时，第二搅拌桶3从第二立柱15滑落下来，本例在外侧那根第二立柱15上连接了套在所述第二搅拌桶3外的第一约束钢带21，同时在所述撬杆20上连接有套在第二搅拌桶3上的第二约束钢带22。

再参照图2和图3所示，为了方便操作人员对该搅拌设备的移动，本例在机架1的底部还设置有若干个行走轮23，其中一部分行走轮23为万向轮，其余部分的行走轮23为单向轮。并在机架1上设置有推拉把手24。

为了便于操作人员对上述第一搅拌电机、第二搅拌电机、高速剪切机、振动电机和第一搅拌桶翻转电机的自动化控制，本例在机架1上还设置有与所述第一搅拌电机、第二搅拌电机、高速剪切机、振动电机和第一搅拌桶翻转电机电路连接的设备控制器26，如图2所示。

使用该搅拌设备实施上述搅拌工艺的具体步骤如下：

1)根据混合料配合比设计，定量称取水、复合缓凝剂、酸组分、碱组分、掺合料等原料，分别放于暂存容器中备用。如果拌制的是磷酸镁水泥砂浆、磷酸镁水泥混凝土或纤维磷酸镁水泥基复合材料，还需称取一定分量的骨料或/和纤维。

2)将水和复合缓凝剂倒入图2所示的第一搅拌桶2中，开启第一搅拌电机4搅拌10秒钟，开启高速剪切机6拌制缓凝剂溶液30～60秒钟，剪切机速率为3000r/min～4000r/min，关闭高速剪切机，第一搅拌电机4持续搅拌。

3)将酸组分倒入第一搅拌桶2，第一搅拌电机4持续搅拌10秒钟，开启高速剪切机6充分分散酸组分60～90秒钟，关闭高速剪切机6和第一搅拌电机4。

4)开启图2所示的搅拌驱动电机32和第二搅拌电机7，随后开启图4所示的第一搅拌桶翻转电机14，使第一搅拌桶2向第二搅拌桶3翻转倾倒，从而将步骤3)得到的拌合物倒入第二搅拌桶3，第一搅拌桶2倾倒结束后反转第一搅拌桶翻转电机14，恢复第一搅拌桶2的位置。

5)在步骤4)中向第二搅拌桶内倒入第一阶段拌合物的同时，往第二搅拌桶中缓慢加入碱组分和掺合料，投放结束后开启图5所示的振动电机9，继续搅拌和振动60秒～90秒钟，关闭第二搅拌电机和振动电机9。

6)如果拌制的是磷酸镁水泥砂浆、磷酸镁水泥混凝土或纤维磷酸镁水泥基复合材料，在上述碱组分和掺合料持续搅拌60秒钟后，投放骨料或/和纤维等材料，并持续搅拌60秒～90秒钟后关闭第二搅拌电机和振动电机9，便可得到所需的磷酸镁水泥基材料成品。

如果拌制的是磷酸镁水泥净浆，那么上述工序5)结束后，便可得到所需的磷酸镁水泥基材料成品——磷酸镁水泥净浆，无需进行上述工序6)的操作。

7)如图6所示，向上翻开横梁16，从而使得第二搅拌电机7上连接的第二搅拌叶片8和振动电机9上连接的激振杆10移除第二搅拌桶3外。

8)在图6中，向下翻开外侧的那根第二立柱15(该根第二立柱绕单向铰链翻转动作)，在撬杆20的作用下将第二搅拌桶3撬起并翻转倾倒，进而将第二搅拌桶3内的成品物料倒出。或者直接将该跟第二立柱15上的支脚25支于物料盘中卸料。

9)立即清洗搅拌桶及搅拌叶片。

以上拌制各环节除卸料外，均可通过图3所示的设备控制器26进行程序化设置和控制。步骤4)中开启的第二搅拌电机7为慢速搅拌，在后续搅拌的物理中不会带入过多的空气气泡，而步骤5)中开启的高速振动器的激振棒不仅有助于排除拌合物中的空气气泡，更能液化MPC胶凝材料，提高MPC胶凝材料与骨料、纤维界面的裹覆、浸润程度和粘结强度。若多批次混合料连续搅拌，可以在步骤4)结束后投放下一批的水、复合缓凝剂，按上述步骤4)～步骤8)开始重复性搅拌流程，由此缩短了多批次混合料拌制的时间，提高了搅拌效率。

本例这种小型搅拌设备适用于所有采用两阶段搅拌工艺的混合料，但第一阶段的拌合物宜为流体状，以适于使用高速剪切搅拌机。

技术效果验证实施例一：MPC净浆搅拌

本专利设计人员还使用本发明的设备样机，拌制磷酸镁水泥净浆(简称MPC净浆，是磷酸镁水泥基材料的一种)，对比分析不同搅拌方式对MPC净浆物理和力学性能的影响。

表1:磷酸镁水泥净浆的不同搅拌制度

其中MPC净浆配合比为：(复合缓凝剂的质量)/(死烧氧化镁粉的质量)＝11％，(死烧氧化镁粉的质量)/(工业级磷酸二氢钾的质量)＝1:3，(水的质量)/(死烧氧化镁粉和工业级磷酸二氢钾的总质量)＝0.12。

MPC净浆搅拌后立即采用倒锥法测试稠度，实测稠度值如表1所示。根据对搅拌过程的观察，通过对复合缓凝剂、酸组分磷酸二氢钾的高速剪切乳化，提高了磷酸二氢钾的溶解程度，从而增大了液态组分体积量，而氧化镁粉并不溶于水，由此，剪切乳化相对慢速搅拌法所得的浆体实测锥入深度增大83.3％倍，MPC净浆的工作性能得以大幅度提高。

MPC净浆的酸碱中和反应过程中伴有大量的热量放出，通过测试MPC水化过程中温度的变化可以了解其酸碱反应的进程。本实验是在表1所列各搅拌制度下，搅拌MPC净浆后立即取100g放入塑料杯、再将塑料杯放入保温杯中，迅速插上事先准备好的热电偶测温计，利用自动温度记录仪每隔1min记录一次温度数据，连续测试24h。通过测试的温度曲线的峰值大小和对应的时间点，分析不同搅拌制度对MPC净浆水化进程的影响。

表2:不同搅拌制度下的净浆水化温度曲线特征值

图8为MPC浆体的水化温度曲线，由于掺入了缓凝效果明显的复合缓凝剂，MPC净浆的初凝时间大于30min，且水化温度曲线均有两个温度峰和一个休止期，初始温度峰低于30℃。快速搅拌和剪切乳化提高了磷酸二氢钾组分的分散和溶解程度，使溶液中产生更多的H⁺，磷酸二氢钾水解的方程式如下式所示：

MgO在酸性溶液中发生电离，方程式如下式所示：

MgO+H₂O→MgOH⁺+OH^- (3-3)

MgOH++2H₂O→Mg(OH)₂+H₃O+ (3-4)

Mg(OH)₂→Mg²⁺+2OH^- (3-5)

显然，溶液的酸度越大，会促使MgO的电解越剧烈，产生的热量就越多。图2的温度变化曲线和表2中根据实测温度数据计算参数表明，对预先磷酸二氢钾的剪切乳化，相对普通慢速搅拌方式，促进了MgO的电离，第一个温升峰值和对应的时刻分别提高了2.5℃和加快了0.11h，温升速率提高了0.2℃/min。在溶液中Mg²⁺和磷酸氢根离子浓度达到一定值时，便发生如下反应：

但由于复合缓凝剂的作用延缓了MgKPO4·6H20的大量生成和析出，在MgO大量电离放热后出现了温度发展曲线上的休止期，但剪切乳化使磷酸二氢钾水解更加充分，更多的磷酸根离子突破缓凝剂的约束，加快与Mg(aq)²⁺和K⁺反应，预先乳化剪切的拌合物相对慢速搅拌拌合物休止期缩短了0.27h、第二次水化温升的速率高出0.23℃/min、温升曲线峰值提高了4.3℃。水化生成MgKPO4·6H20的放热量明显高于MgO的电离放热，慢速搅拌和酸组分剪切乳化两种搅拌方式的两个温升曲线峰值分别提高了12.5℃和14.3℃。随MPC水化反应的进行，自由水迅速减少，而且产生的MgKPO4·6H20凝胶包裹在MgO表面，阻止MgO的水解和后续的水化反应，MgKPO4·6H20凝胶相互搭接形成网络结构，使MPC浆体迅速硬化成高强度硬化体。

表3：净浆不同龄期的强度

按表1所列搅拌制度成型25mm×25mm×280mm净浆试件，测试不同龄期的抗折强度和抗压强度，如表3和图2所示。测试结果表明，对复合缓凝剂和MPC酸组分现行剪切乳化，能使酸碱反应更加充分，各龄期的强度相对慢速搅拌的砂浆强度均有所提高。对于抗折强度，剪切乳化预拌使早期的抗折强度增幅相对较大，达16％左右；对于抗压强度，剪切乳化使后期的抗压强度增幅相对较大，达20％左右。

技术效果验证实施例二:MPC砂浆搅拌

本专利设计人员使用上述的搅拌设备样机，拌制磷酸镁水泥(MPC)砂浆，成型40mm×40mm×160mm的标准胶砂试件，对比分析不同搅拌方式对MPC砂浆浆力学性能的影响。MPC砂浆配合比为：(复合缓凝剂的质量)/(死烧氧化镁粉和掺合料的总质量)＝11％，(死烧氧化镁粉的质量)/(工业级磷酸二氢钾的质量)＝1:2，(水的质量)/(死烧氧化镁粉和工业级磷酸二氢钾的总质量)＝0.17，(混合砂的质量)/(死烧氧化镁粉和工业级磷酸二氢钾的总质量)＝1.5:1，其中，混合砂由粒径1.18mm～4.75mm的机制砂和0.3mm～2.36mm的黄沙混合而成，(机制砂的质量)/(黄沙的质量)＝1:1。

为对比分析不同搅拌方式对MPC砂浆强度的影响，设计表4所示的四种搅拌制度，以相同配合比拌制MPC砂浆，并立即成型标准胶砂试件，室温下自然养护至不同龄期，测试抗折和抗压强度，实测强度如表5和图10所示。

表4：MPC水泥砂浆的不同搅拌制度

表5：不同搅拌方式对MPC砂浆强度的影响

对MPC砂浆实测强度表明，对复合缓凝剂和MPC酸组分进行剪切乳化，或者在拌制砂浆时使用高频振动，均有利于MPC酸碱组分的充分反应，从而促进强度的发展。而剪切乳化和高频振动同时使用，能较大幅度地提高MPC砂浆的早期抗压强度，究其根本原因MPC酸组分的极大程度的溶解和分散、MPC胶凝材料对骨料的充分裹覆、湿润和粘结，并减少了空气气泡，使成型的试件更加致密。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，其特征在于包括：

工序A：将水、复合缓凝剂和磷酸镁水泥基材料的酸组分混合在一起，并进行第一阶段搅拌，得到第一阶段拌合物；

工序B：将工序A制得的第一阶段拌合物与磷酸镁水泥基材料的碱组分和掺合物混合在一起，并进行第二阶段搅拌；

在所述工序A中，采用周向转拌与高速剪切相组合的方式对所述复合缓凝剂、水和磷酸镁水泥基材料的酸组分的混合物进行搅拌；在所述工序B中，采用周向转拌与高频振动相组合的方式对所述第一阶段拌合物、磷酸镁水泥基材料的碱组分和掺合物的混合物进行搅拌。

2.根据权利要求1所述的磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，其特征在于：在所述工序A进行之前，还将所述复合缓凝剂与所述水混合在一起，并进行搅拌。

3.根据权利要求2所述的磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，其特征在于：采用周向转拌与高速剪切相组合的方式对所述复合缓凝剂和所述水的混合物进行搅拌。

4.根据权利要求1所述的磷酸镁水泥基材料的两阶段搅拌工艺，其特征在于：于在所述工序B完成之后，还进行工序C：将工序B制得的第二阶段拌合物与骨料或/和纤维混合在一起，并进行搅拌。