CN107445503A - 一种防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥及其制作方法，涉及建筑材料领域，水泥原料组成为：氯化镁20～50份、磷酸氢二铵30～70份、黄磷渣20～60份、硼砂1～6份、磷酸二氢钾2～6份、氯化钙5～10份和亚硝酸钠2～6份；本发明使用磷酸二铵为主要的磷质原料，代替了传统磷酸镁水泥使用的磷酸一铵，具有防冻和缓凝作用，适用于0～－15℃的条件下，施工的混凝土，可应用于冬季或高原冰冻地区作业。

Description

一种防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥及其制作方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种有防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥及其制作方法。
背景技术
磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)是一种新型无机胶凝材料，早在20世纪三四十年代Prosen和Rarnshaw就发现MPC材料可应用于铸造业。MPC是一种以酸碱中和反应为基础形成化学键而产生强度的胶凝材料，国外学者又将其命名为CBPCs(Chemically bondedphosphate ceramics)。这类胶凝材料具有传统水泥所不具有的优异性能：早强快硬、粘结力强、体积稳定性好、耐热性好、耐高温、与旧混凝土之间的相容性好、耐久性好及环境适应性广等，同时兼有陶瓷、水泥、耐火材料的优点。MPC具有独特的性能，在建筑材料、耐高温材料、固封废料、深层油井固化、生物骨粘结材料等方面呈现出广阔的应用前景，已成为国内外学者关注的研究热点之一。
硅磷酸镁水泥(Magnesium Silico～Phosphate Cements，MSPC)(另含MgO和可溶性磷酸盐)，尤其是铵基硅磷酸镁(磷酸一铵，Monoammonium Phosphate，或MAP)水泥，由于凝固快，强度高，对现有混凝土的粘附性强，而广泛用作道路、机场跑道及其他混凝土的修复应用中的修补砂浆。虽然在以最小停工时间为目标的情况下，例如修复道路或飞机跑道时，凝固快可能是一种优点，然而，过快凝固也可能是一种缺点，因其限制了水泥凝固前对水泥浇注件进行加工的时间量。硼酸盐或硼酸是目前最为常用的缓凝剂，可缓凝时间为10分钟至约半小时，若含量进一步提高则出现抗压强度显著下降的负面效应。
近年，我国建筑和运输行业在“一带一路”的影响下高速发展，高原严寒地区基础设施也在逐步的完善和建设，全国大部分地区的寒冬时节工期也无法停止，虽然市面上，水泥种类较多，但能应用在严寒时节的水泥却很少。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明创造目的之一是提供一种防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，水泥原料中引入了磷酸氢二铵(diammonium phosphate，或DAP)，以黄磷渣为主要的钙质、硅质原料，配制磷酸钙硅镁水泥，改进了凝固时间，改善了浇注件物理性能。
具体地防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，以重量份计，其原料组成为：氯化镁20～50份、磷酸氢二铵30～70份、黄磷渣20～60份、硼砂1～6份、磷酸二氢钾2～6份、氯化钙5～10份和亚硝酸钠2～6份。
优选地，防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，以重量份计，其原料组成为，氯化镁30～40份、磷酸氢二铵40～60份、黄磷渣30～50份、硼砂2～5份、磷酸二氢钾3～5份、氯化钙6～9份和亚硝酸钠3～5份。
更优选地，防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，以重量份计，其原料组成为，氯化镁35份、磷酸氢二铵50份、黄磷渣40份、硼砂3份、磷酸二氢钾4份、氯化钙8份和亚硝酸钠4份。
所述的磷酸氢二铵养分含量≧45％。
所述的磷酸氢二铵养分为P2O5和N。
所述的黄磷渣，主要成分为SiO2和CaO。
本发明创造的目的之二是提供一种防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：先将氯化镁、氯化钙、硼砂、黄磷渣、磷酸二氢钾和磷酸二铵磨细；
步骤二：取重量份数的氯化镁、磷酸氢二铵、黄磷渣、硼砂、磷酸二氢钾、氯化钙和亚硝酸钠原料，放入搅拌机中混合；
步骤三：将搅拌均匀的混合料，放入干燥机中烘干，制得磷酸钙硅镁水泥。
所述的氯化镁、氯化钙、硼砂和黄磷渣粉末过200～400目筛；
所述的磷酸二氢钾和磷酸二铵粉末过100～180目筛。
所述的干燥机的烘干温度为60～150℃。
本发明与现有技术比具有以下优点：
防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥主要以磷酸二铵、氯化镁和黄磷渣为主要的原料，具有优良的抗低温性和防火性能，其硬化体在0～-15℃的条件下，依然能产生高强度和抗折强度强；本发明在不增加硼砂用量的情况下，依然能有效延缓水泥的凝固时间，满足了冬季或高原冰冻地区施工作业的要求。
本发明原料中的黄磷渣主要来源贵州，贵州是国内第二大磷矿产区，其生产所剩黄磷渣较多，黄磷渣与天然硅灰石矿石的化学组成极为相似，主成分SiO2和CaO总量达86.74％～94.85％，有害元素含量较低；利用黄磷渣为原料，一是有效利用了本土的资源，实现了废渣再利用；再者解决了行业上水泥原料使用的废渣种类越多，配料越复杂，生料越不易控制的缺陷，第三大幅度降低了水泥成本。
具体实施方式
下面结合具的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例一
氯化镁50kg、磷酸氢二铵(P2O5≧30％,N≧15％)70kg、黄磷渣60kg、硼砂6kg、磷酸二氢钾6kg、氯化钙10kg和亚硝酸钠6kg。
步骤一：先将氯化镁、氯化钙、硼砂和黄磷渣磨细至400目，磷酸二氢钾和磷酸二铵磨细至180目。
步骤二：按占水泥质量比计，取磨细的上述原料放入搅拌机中混合。
步骤三：将搅拌均匀的混合料，放入干燥机中烘干，烘干温度为150℃，制得磷酸钙硅镁水泥。
实施例二
氯化镁20kg、磷酸氢二铵(P2O5≧40％,N≧5％)30kg、黄磷渣20kg、硼砂1kg、磷酸二氢钾2kg、氯化钙5kg和亚硝酸钠2kg。
步骤一：先将氯化镁、氯化钙、硼砂和黄磷渣磨细至200目，磷酸二氢钾和磷酸二铵磨细至100目。
步骤二：按占水泥质量比计，取磨细的上述原料放入搅拌机中混合。
步骤三：将搅拌均匀的混合料，放入干燥机中烘干，烘干温度为60℃，制得磷酸钙硅镁水泥。
实施例三
氯化镁35kg、磷酸氢二铵(P2O5≧25％,N≧20％)50kg、黄磷渣40kg、硼砂3kg、磷酸二氢钾4kg、氯化钙8kg和亚硝酸钠4kg。
步骤一：先将氯化镁、氯化钙、硼砂和黄磷渣磨细至200～400目，磷酸二氢钾和磷酸二铵磨细至100～180目。
步骤二：按占水泥质量比计，取磨细的上述原料放入搅拌机中混合。
步骤三：将搅拌均匀的混合料，放入干燥机中烘干，烘干温度为100℃，制得磷酸钙硅镁水泥。
实施例四
氯化镁20kg、磷酸氢二铵(P2O5≧35％,N≧10％)70kg、黄磷渣20kg、硼砂6kg、磷酸二氢钾2kg、氯化钙10kg和亚硝酸钠2kg。
步骤一：先将氯化镁、氯化钙、硼砂和黄磷渣磨细至300目，磷酸二氢钾和磷酸二铵磨细至100目。
步骤二：按占水泥质量比计，取磨细的上述原料放入搅拌机中混合。
步骤三：将搅拌均匀的混合料，放入干燥机中烘干，烘干温度80℃，制得磷酸钙硅镁水泥。
试验列：凝结时间、强度测定以及低温冻融测定
实验材料：用实施例1～4制作的水泥，加钢筋按一下比例一起铸模。
(1)水灰比(W/C)：0.43～0.48；
(2)水泥用量(C)：360～400kg/m3；
(3)砂率(SP)：38～42％；
实验标准：低温早强混凝土设计，首先必须满足设计文件抗压强度C30、抗渗S10和抗冻融循环F300等级标准；其次要保证混凝土在规定时间内获得足够的抗冻临界强度；根据JTG/T F50～2011《公路桥涵施工技术规范》要求,采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土，在抗压强度达到设计强度值40％以前即达到12MPa之前不能遭受冻害。
实验方法：选用实施例1～4制作的水泥作为实验用试样，试拌制作相应的试块进行低温试验，成型后的试块先在20℃的室内静置2～4小时待其初凝，记录凝结时间；然后放入低温箱(0～-15℃)中养护7天后取出，转入标养室测定抗压、抗折强度、冻融程度等相应参数，并记录观察对钢筋锈蚀作用；如此循环冻融50次。试验结果见表1.
表1低温下水泥凝结时间/强度/冻融试验
通过实验证明，本发明的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥在负温(0～-15℃)下，具有较好的适应性，对相关高原地区低温早强混凝土施工有着很好的参考作用，适合在冬季或高原冰冻地区作业，具有较好的推广和实用价值。

Claims (10)

1.一种防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，其特征在于，以重量份计，原料组成为，氯化镁20～50份、磷酸氢二铵30～70份、黄磷渣20～60份、硼砂1～6份、磷酸二氢钾2～6份、氯化钙5～10份和亚硝酸钠2～6份。
2.如权利要求1所述的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，其特征在于，以重量份计，原料组成为，氯化镁30～40份、磷酸氢二铵40～60份、黄磷渣30～50份、硼砂2～5份、磷酸二氢钾3～5份、氯化钙6～9份和亚硝酸钠3～5份。
3.如权利要求1所述的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，其特征在于，以重量份计，原料组成为，氯化镁35份、磷酸氢二铵50份、黄磷渣40份、硼砂3份、磷酸二氢钾4份、氯化钙8份和亚硝酸钠4份。
4.如权利要求1～3任一项所述的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，其特征在于，所述的磷酸氢二铵养分含量≧45％。
5.如权利要求1～3任一项所述的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，其特征在于，所述的磷酸氢二铵养分为P2O5和N。
6.如权利要求1～3任一项所述的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥，其特征在于，所述的黄磷渣，主要成分为SiO2和CaO。
7.如权利要求1～3任一项所述的防冻缓凝磷酸钙硅镁水泥制备方法，包括如下步骤：
步骤一：先将氯化镁、氯化钙、硼砂、黄磷渣、磷酸二氢钾和磷酸二铵磨细；
步骤二：取重量份数的氯化镁、磷酸氢二铵、黄磷渣、硼砂、磷酸二氢钾、氯化钙和亚硝酸钠原料，放入搅拌机中混合；
步骤三：将搅拌均匀的混合料，放入干燥机中烘干，制得磷酸钙硅镁水泥。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的氯化镁、氯化钙、硼砂、黄磷渣的粉末，过200～400目筛。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的磷酸二氢钾、磷酸二铵的粉末，过100～180目筛。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的烘干，温度为60～150℃。
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