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一种耐水性能好的磷酸镁水泥及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种耐水性能好的磷酸镁水泥的制备及其使用方法。由过烧氧化镁、磷酸二氢钾、调凝剂、脱硫石膏、粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉、减水剂及消泡剂组成。本发明既可解决传统磷酸镁水泥早期强度不足、后期强度倒缩、耐水性差和成本高等缺点，还可以提高工业副产品粉煤灰、钢渣粉和脱硫石膏的附加价值。本发明提出的一种耐水性好的磷酸镁水泥可作为快速修补材料，具有制备工艺简单、流动性好、早期强度发展快、后期强度不倒缩、抗渗性和抗侵蚀性好等优异性能，适用于桥梁码头、市政工程等快速修补工程，具有很好的经济效益和社会效益。

Description

一种耐水性能好的磷酸镁水泥及其使用方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种耐水性能好的磷酸镁水泥及其使用方法。
背景技术
磷酸镁水泥（MPC）一般用于不与水长期接触的区域，但是作为路面等的快速修补材料，如果处于潮湿或者降雨较多地区，势必会对其耐久性产生不利影响，这在一定程度上限制了它的广泛应用。国内外对氯氧镁水泥的耐水性及其改性研究已有很多，但对同样是镁质胶凝材料的磷酸镁水泥的相关方面研究相对较少。因此，本发明对于磷酸镁水泥耐水性的改善研究，具有一定的现实意义。
粉煤灰和钢渣都属于固体废弃物，若直接排放到大自然中，不仅会造成严重的环境污染，破坏生态平衡，还会造成巨大的资源浪费，不利于经济的可持续发展。粉煤灰中含有大量金属氧化物和非金属氧化物，具有一定的实用价值，可作为混凝土的掺合料；钢渣的元素组成与水泥熟料相似，是一种具有潜在活性的胶凝材料，但含有大量不稳定的游离CaO、FeO和MgO，存在严重的安定性问题。国内很多学者已经将磨细后的钢渣粉应用于建筑材料当中，钢渣粉在水泥生产中的应用主要有3种方式：作为生料组分掺入烧制水泥熟料；作为熟料替代物生产少熟料或无熟料钢渣水泥；作为水泥、混凝土的活性掺合料，但整体利用率却不高，仅50%-60%。
一种耐水性能好的磷酸镁水泥的制备及其使用方法，以过烧氧化镁、磷酸二氢钾及调凝剂作为磷酸镁水泥的主要组分，结合粉煤灰和钢渣粉作为辅助胶凝材料，并以脱硫石膏作为激发剂，加入石灰石粉、减水剂和消泡剂制备而成，具有流动性好、早期强度发展快、后期强度不倒缩、抗渗性和抗侵蚀性好等优异性能。不仅能解决传统磷酸镁水泥早期强度不足、后期强度倒缩、耐水性差和成本高等问题，而且还提高了粉煤灰、钢渣粉和脱硫石膏的经济附加值，降低了磷酸镁水泥的生产成本；同时减少粉煤灰、钢渣粉和脱硫石膏二次污染的潜在威胁，为建筑业的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件。
本发明以过烧氧化镁、磷酸二氢钾及调凝剂作为磷酸镁水泥的主要组分，结合粉煤灰和钢渣粉作为辅助胶凝材料，并以脱硫石膏作为激发剂，加入石灰石粉、减水剂和消泡剂制备而成。它制备工艺简单、早期强度发展快、后期强度不倒缩、抗渗性和抗侵蚀性好，适用于桥梁码头、市政工程等快速修补工程，具有很好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明目的在于提供一种制备工艺简单、早期强度发展快、后期强度不倒缩、抗渗性和抗侵蚀性好的一种耐水性能好的磷酸镁水泥及其使用方法。
本发明提出的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，由过烧氧化镁、磷酸二氢钾、调凝剂、脱硫石膏、粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉、减水剂及消泡剂组成，各组分的重量比为：
过烧氧化镁100
磷酸二氢钾15.8-31.8
调凝剂2.0-12
脱硫石膏4.0-6.0
粉煤灰20-45
钢渣粉10-20
石灰石粉0-8.0
减水剂0.15-0.25
消泡剂0.10-0.30。
各组份的较佳重量比为：
过烧氧化镁100
磷酸二氢钾16-20
调凝剂5-8
脱硫石膏4.5-5.5
粉煤灰25-35
钢渣粉15-20
石灰石粉2-6
减水剂0.20-0.23
消泡剂0.15-0.25。
本发明中，所述过烧氧化镁是由菱镁矿在1700℃的高温下煅烧，其中的MgCO3受热分解，将分解产物粉磨至勃氏比表面积为(161-322)m2/kg所得，产物为棕黄色，其MgO含量不小于76%。
本发明中，所述磷酸二氢钾为工业级，KH2PO4含量98%，由上海实建化工有限公司生产，在使用前，先在(100-110)℃下将其烘干，再放入SM-500型球磨机中粉磨(10-25)min至粉末状。
本发明中，所述调凝剂为硼酸、多聚磷酸钠中的任何一种或两者的混合物(混合时两者质量比例为4.0-1.0)。
本发明中，所述脱硫石膏为烟气脱硫石膏，其游离水含量≤10%，二水硫酸钙含量85%。
本发明中，所述粉煤灰来源于上海宝钢有限公司，比表面积为(262-415)m2/kg，较优范围应控制在(328-353)m2/kg，主要化学组成为SiO2、CaO、Fe2O3及Al2O3等，主要的物相组成为Al6Si2O13、SiO2及Al2SiO5等。
本发明中，所述钢渣粉来源于上海宝钢有限公司，钢渣粉比表面积应该控制在(361-384)m2/kg，主要化学组成为CaO、SiO2、Fe2O3及MgO等，主要物相组成有Ca2SiO4、Ca2Fe2O5、K3NiO3及(Ca0.5Sr0.5)MnO3。
本发明中，所述石灰石粉中CaCO3含量不小于95%，主要化学组成为CaCO3、SiO2、Fe2O3及MgO等，比表面积应控制在(347-364)m2/kg。
本发明中，所述减水剂为粉状的聚羧酸系高效减水剂。
本发明中，所述消泡剂为粉状的有机硅消泡剂。
本发明提出的一种耐水性能好的磷酸镁水泥的制备方法，具体步骤如下：
按前述重量比例称取过烧氧化镁、磷酸二氢钾、调凝剂、脱硫石膏、粉煤灰、钢渣粉、石灰石粉、减水剂和消泡剂，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
本发明提出的所述一种耐水性能好的磷酸镁水泥的使用方法，具体步骤如下：
先根据实际使用需要确定水灰比，再将水加入搅拌锅中，随后将按上述比例配制好的磷酸镁水泥加入搅拌锅中，低速搅拌20s，然后再高速搅拌70s（不同配比根据搅拌物混合状况调整搅拌时间做细微的调整）；搅拌完毕后立即将浆体倒入操作部位成型，并手动振动80次以除去气泡，随后用水泥刀刮平。。
MPC材料存在一个缺点，就是长期浸泡在水中，其强度有一定程度倒缩。本发明主要通过以下几方面来提高MPC材料的耐水性：(1)掺加粉煤灰、钢渣粉及石灰石能够起到复合胶凝效应，达到优势互补的效果，提高产品的抗渗。(2)提高M/P值（过烧氧化镁与磷酸二氢钾的重量比例），有利于提高磷酸镁水泥的水化反应程度，减少磷酸镁水泥基材料中的可溶物；磷酸镁水泥基材料内部存在大量未反应可溶性磷酸盐，试样浸水后，可溶性磷酸盐溶出致使水化产物溶解，导致基体内部孔隙率增加，强度显著下降。为了最大程度地提高原料的一次水化反应率，减少未反应磷酸盐的量，应该优化配合比，改善浆体制备工艺。即提高MgO与磷酸盐含量比值，因此本发明采用较高的M/P值。(3)增大反应物磷酸盐的细度，使MPC水化过程中，磷酸盐能充分溶解并参与水化反应，降低水化反应后磷酸盐剩余量，从而减少浸水后磷酸盐的溶出，因此本发明中材料制备时首先粉磨磷酸盐，少量助磨剂的加入可以大大提高粉磨效率。(4)调凝剂使MPC基体充分水化，使硬化体内部磷酸盐剩余量减少，降低MPC在水中的磷酸盐溶出量。(5)掺入石灰石粉，可作为微集料填充基体内部，配合消泡剂，使基体内部孔隙率减小；也可与基体内部可溶性磷酸盐发生化学反应生成CaHPO4，消耗MPC基体内部磷酸盐，使MPC浸水后磷酸盐可溶出量减少。(6)降低水灰比，优化材料配比。高效减水剂的加入使得浆体在较低水灰比的条件下，仍然具有较高的流动性及稳定性，这样不仅有利于施工，同时使磷酸镁水泥复合材料强度提高，收缩减少，寿命延长。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，一种耐水性能好的磷酸镁水泥，按过烧氧化镁100，磷酸二氢钾31.8，调凝剂2，脱硫石膏6.0，粉煤灰45，钢渣粉20，石灰石粉0，减水剂0.15，消泡剂0.10的重量比配制而成。按0.30的水灰比加水搅拌均匀后成型。性能测试结果见表1。
实施例2，一种耐水性能好的磷酸镁水泥，按过烧氧化镁100，磷酸二氢钾15.8，调凝剂12，脱硫石膏4.0，粉煤灰20，钢渣粉10，石灰石粉8.0，减水剂0.25，消泡剂0.30的重量比配制而成。按0.30的水灰比加水搅拌均匀后成型。性能测试结果见表1。
实施例3，一种耐水性能好的磷酸镁水泥，按过烧氧化镁100，磷酸二氢钾23.8，调凝剂5，脱硫石膏5.0，粉煤灰30，钢渣粉10.5，石灰石粉7.1，减水剂0.22，消泡剂0.15的重量比配制而成。按0.30的水灰比加水搅拌均匀后成型。性能测试结果见表1。
表1实施例性能测试结果

Claims (10)

1.一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于由过烧氧化镁，磷酸二氢钾，调凝剂，脱硫石膏，粉煤灰，钢渣粉，石灰石粉，减水剂及消泡剂组成，各组分的重量比为：
过烧氧化镁100
磷酸二氢钾15.8-31.8
调凝剂2.0-12
脱硫石膏4.0-6.0
粉煤灰20-45
钢渣粉10-20
石灰石粉0-8.0
减水剂0.15-0.25
消泡剂0.10-0.30。
2.根据权利要求１所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于各组份的重量比为：
过烧氧化镁100
磷酸二氢钾16-20
调凝剂5-8
脱硫石膏4.5-5.5
粉煤灰25-35
钢渣粉15-20
石灰石粉2-6
减水剂0.20-0.23
消泡剂0.15-0.25。
3.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述过烧氧化镁是由菱镁矿在1700℃的高温下煅烧，其中的MgCO3受热分解，将分解产物粉磨至勃氏比表面积为(161-322)m2/kg所得，产物为棕黄色，其MgO含量不小于76%。
4.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述磷酸二氢钾为工业级，KH2PO4含量98%，由上海实建化工有限公司生产，在使用前，先在(100-110)℃下将其烘干，再放入SM-500型球磨机中粉磨(10-25)min至粉末状。
5.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述调凝剂为硼酸、多聚磷酸钠中的任何一种或两者的混合物，混合时，硼酸与多聚磷酸钠的质量比为：4.0：１-1.0：１。
6.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述脱硫石膏为烟气脱硫石膏，其游离水含量≤10%，二水硫酸钙含量85%。
7.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述粉煤灰的比表面积为(262-415)m2/kg，主要化学组成为SiO2、CaO、Fe2O3及Al2O3等，主要的物相组成为Al6Si2O13、SiO2及Al2SiO5。
8.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述钢渣粉比表面积控制在(361-384)m2/kg，主要化学组成为CaO、SiO2、Fe2O3及MgO，主要物相组成有Ca2SiO4、Ca2Fe2O5、K3NiO3及(Ca0.5Sr0.5)MnO3。
9.根据权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥，其特征在于所述石灰石粉中CaCO3含量不小于95%，主要化学组成为CaCO3、SiO2、Fe2O3及MgO，比表面积控制在(347-364)m2/kg。
10.一种如权利要求1所述的一种耐水性能好的磷酸镁水泥的使用方法，其特征在于具体步骤如下：
先根据实际使用需要确定水灰比，再将水加入搅拌锅中，随后将按上述比例配制好的磷酸镁水泥加入搅拌锅中，低速搅拌20s，然后再高速搅拌70s；搅拌完毕后立即将浆体倒入操作部位成型，并手动振动80次以除去气泡，随后用水泥刀刮平。
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