CN107721222A - 一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，各组分及其重量份比为：合成轻烧硼镁粉55～65份；酸式磷酸盐18～22份；增强材料15％～25份。合成轻烧硼镁粉为低品位菱镁矿粉与硼泥按比例混合，于1200～1250℃下保温3～4小时，冷却至室温并磨细至200目以下；低品位菱镁矿粉与硼泥重量比为92～95:8～10，低品位菱镁矿粉为氧化镁含量小于41％，粒度在200目以下，硼泥为生产硼酸、硼砂产品的废渣，粒度为325目以下。与传统的磷酸镁水泥相比，低品位菱镁矿低温烧结合成轻烧硼镁粉替代成本较高的重烧氧化镁粉，不仅降低了氧化镁的烧结温度，同时低活性的合成轻烧硼镁粉可以延长磷酸镁水泥的凝结时间，替代缓凝剂硼砂的引入，进而大大降低了磷酸镁水泥的成本。

Description

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体的说，涉及为一种适合于快速修补或封固具有放射性的固体物质的新型磷酸镁水泥材料。

背景技术

磷酸镁水泥具有快凝快硬，早期强度高，低温凝结速度快，与旧混凝土的粘接强度高，抗冻性及耐磨性好，干缩小等突出性能，因此，它非常适用于高速公路、飞机跑道、市政主干道的快速修补和建筑材料、建筑装饰制品、补牙材料、特种模具、废物固化等方面。普通磷酸镁水泥普遍是由重烧氧化镁粉、酸式磷酸盐及缓凝剂按照一定比例混合制成。磷酸镁水泥的水化机理实质是一个酸碱中和放热反应，反应后形成类似于鸟粪石的空间晶体结构，剩余的重烧氧化镁粉填充在结构空隙中起到骨架支撑的作用。其中重烧氧化镁粉要由高品位的菱镁矿(氧化镁含量在45％以上)在1000℃左右轻烧压球后，再于1700℃以上长时间煅烧，制成烧结氧化镁球，再经粗破、中破、细磨而成，对原料纯度要求高，工艺过程复杂，能耗高，造价高，也大量消耗珍贵的优质菱镁矿资源。另一方面，由于磷酸镁水泥中酸碱反应过快，造成了其硬化速度过快，无法适应现场施工，因此需要加入一定量的缓凝剂进行缓凝，通常使用的缓凝剂为化学纯的硼酸、硼砂等试剂，但其并不参加酸碱反应，只起到阻碍氧化镁与磷酸二氢盐反应，根据其加入量的多少来调节磷酸镁水泥的凝结时间。多年来，针对磷酸镁水泥中重烧氧化镁粉与磷酸二氢钾的比例配置、硼砂的加入量以及各种原料的细度等影响开展了大量的研究，最终得出的结论为磷酸镁水泥原料中必须使用重烧氧化镁粉以及5～10％硼砂做为缓凝剂才能获得具有一定施工性能的水泥，但硼砂与硼酸的价格较贵，显著提高了磷酸镁水泥的应用成本。如果利用废渣或副产品开发磷酸镁水泥材料，将进一步降低成本，有利于节能降耗、降低成本，实现资源的循环与综合利用，前景非常广阔。磷酸镁水泥之所以使用重烧氧化镁作为主要原料，是因为菱镁矿在煅烧温度1700℃以上时，方镁石晶体发育完整，在填充空隙时起到提高强度的作用，但重烧后的氧化镁粉活性很低，因此其硬化速度很快。而普通轻烧氧化镁粉由于烧结温度低于1000℃，方镁石晶体发育不完整，活较性高，极易与水反应生成氢氧化镁胶状物，使磷酸镁水泥硬化速度缓慢而且强度极低，后期使用过程中氢氧化镁分解，造成体积变化，导致修补处开裂等问题。因此，如何在较低烧结温度下获得烧结程度高，晶体发育好，活性适中的氧化镁粉成为降低磷酸镁水泥成本的重要研究方向之一。目前，氧化镁烧结致密化的研究主要集中在添加适量的烧结剂，并采用不同的方法进行煅烧，以达到致密化的效果。其中，氧化镁液相烧结中添加剂与氧化镁或添加剂本身在烧结温度下就是液相，如B₂O₃、LiCl等，添加剂与烧结物形成固溶体时，使晶格畸变而得到活化，进而使烧结温度降低。同时，生成的玻璃相流动到晶界间，原子通过液体扩散输送，扩散系数增大，使烧结速率加快。而我们使用的工业废弃物，硼泥中含有5％～6％的B₂O₃，30％～35％的MgO，都可以作为磷酸镁水泥的原料而引入，因此将其作为氧化镁烧结添加剂具有较强的可行性。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201710600495.5，公开日：

2017.09.15，记载了一种无需缓凝剂的高耐水性磷酸镁水泥，主要原材料为镁粉，磷酸氢二盐和硅灰。制备步骤如下：将烧结氧化镁与硅灰混合并搅拌均匀，加入已事先溶于水的磷酸氢二盐溶液得到无需缓凝剂的高耐水性磷酸镁水泥。具有高强度(28d抗压强度不低于100MPa)，凝结时间较长(初凝时间不低于30min)，耐水性好(56d强度保留率可达到95％以上)的特点。该发明中使用的烧结氧化镁粉仍然是重烧氧化镁粉，需要高品位的菱镁矿原料，而且烧结温度达到1700℃以上，成本仍旧较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，凝结时间可控，流动度好，抗压强度大。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，各组分及其重量份比为：合成轻烧硼镁粉55～65份；酸式磷酸盐18～22份；增强材料15％～25份。

所述的合成轻烧硼镁粉为低品位菱镁矿粉与硼泥按比例混合，于1200～1250℃下保温3～4小时，冷却至室温并磨细至200目以下；低品位菱镁矿粉与硼泥重量比为：92～95:8～10，低品位菱镁矿粉为氧化镁含量小于41％，粒度在200目以下，硼泥为生产硼酸、硼砂产品的废渣，粒度为325目以下。

所述的酸式磷酸盐为工业级磷酸二氢钾，磷酸二氢钾含量为大于等于95％。

所述的增强材料为Ⅱ级粉煤灰粉末或矿渣粉末中的一种。

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥的制备方法，包括以下几个步骤：

第一步：将粒度200目以下的低品位菱镁矿粉与粒度325目以下的硼泥按比例在行星式球磨机中混合均匀，于1200～1250℃下保温3～4小时，冷却至室温并磨细至200目以下，制成合成轻烧硼镁粉备用。

第二步：将合成轻烧硼镁粉与酸式磷酸盐、增强材料按比例混合均匀，制备成无缓凝剂的新型磷酸镁水泥。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明以低品位菱镁矿粉与工业废弃物硼泥合成轻烧硼镁粉、工业级磷酸二氢钾以及粉煤灰或矿渣粉为原料。与传统的磷酸镁水泥相比，使用低品位菱镁矿低温烧结合成轻烧硼镁粉替代成本较高的重烧氧化镁粉，不仅降低了氧化镁的烧结温度，同时低活性的合成轻烧硼镁粉可以延长磷酸镁水泥的凝结时间，替代缓凝剂硼砂的引入，进而大大降低了磷酸镁水泥的成本，对其广泛的开发与应用奠定了基础。

2.制得的新型磷酸镁水泥凝结时间可控，流动度好，抗压强度大。与普通磷酸镁水泥相比，本发明使用新型低温烧结氧化镁粉做为主要原料，无需添加缓凝剂，终凝时间均在10分钟以上，1小时强度均在15MPa以上，3小时强度均在20MPa以上，1天强度均在30MPa以上，3天强度均在40MPa以上，7天强度均在60MPa以上，完全可以满足现场施工要求的凝结时间及强度大小。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，各组分及其重量份比为：

合成轻烧硼镁粉55～65份；酸式磷酸盐18～22份；增强材料15％～25份。

其强度值具体测定方法，将无缓凝剂的新型磷酸镁水泥加入总量的16～22％的水，在净浆搅拌机中低速搅拌30s后，高速搅拌90s，浇注在40mm×40mm×160mm的模具中成型，1h后脱模，置于空气中养护到相应龄期，测定其耐压强度值。

凝结时间具体测定方法，将无缓凝剂的新型磷酸镁水泥加入总量的16～22％的水，在净浆搅拌机中低速搅拌30s后，高速搅拌90s，倒入水泥凝结时间测定仪模具中，按照国家标准GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行检测。

实施例1

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥的制备方法：

第一步：将粒度200目以下的低品位菱镁矿粉与粒度325目以下的硼泥按重量比为：92:8配比后在行星式球磨机中混合均匀，于1200℃下保温4小时，冷却至室温并磨细至200目以下，制成合成轻烧硼镁粉备用。

第二步：将重量份为合成轻烧硼镁粉55份；工业级磷酸二氢钾20份；粉煤灰：25份混合均匀，制备成无缓凝剂的新型磷酸镁水泥。

将本实施例的无缓凝剂的新型磷酸镁水泥加入总重的22％的水，在水泥净浆混炼机中低速搅拌30s后，高速搅拌90s，浇注在40mm×40mm×160mm的模具中成型，1h后脱模，置于空气中养护到相应龄期，测定其耐压强度值。按照国家标准GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定其终凝时间。

测得性能如下：流动度为260mm；终凝时间为1020s；1小时强度16.8MPa；3小时强度22.4MPa；1天强度32.2MPa；3天强度41.4MPa；7天强度60.2MPa。

实施例2

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥的制备方法：

第一步：将粒度200目以下的低品位菱镁矿粉与粒度325目以下的硼泥按重量比为：93:8配比后在行星式球磨机中混合均匀，于1200℃下保温3.5小时，冷却至室温并磨细至200目以下，制成合成轻烧硼镁粉备用。

第二步：将重量份为合成轻烧硼镁粉60份；工业级磷酸二氢钾18份；粉煤灰：22份混合均匀，制备成无缓凝剂的新型磷酸镁水泥。

将本实施例的无缓凝剂的新型磷酸镁水泥加入总重的22％的自来水，在水泥净浆混炼机中低速搅拌30s后，高速搅拌90s，浇注在40mm×40mm×160mm的模具中成型，1h后脱模，置于空气中养护到相应龄期，测定其耐压强度值。按照国家标准GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定其终凝时间。

测得性能如下：流动度为250mm；终凝时间为900s；1小时强度18.0MPa；3小时强度25.8MPa；1天强度34.2MPa；3天强度46.4MPa；7天强度64.2MPa。

实施例3

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥的制备方法：

第一步：将粒度200目以下的低品位菱镁矿粉与粒度325目以下的硼泥按重量比为：92:8配比后在行星式球磨机中混合均匀，于1200℃下保温3小时，冷却至室温并磨细至200目以下，制成合成轻烧硼镁粉备用。

第二步：将重量份为合成轻烧硼镁粉60份；工业级磷酸二氢钾15份；粉煤灰：25份混合均匀，制备成无缓凝剂的新型磷酸镁水泥。

将本实施例的无缓凝剂的新型磷酸镁水泥加入总重的22％的自来水，在水泥净浆混炼机中低速搅拌30s后，高速搅拌90s，浇注在40mm×40mm×160mm的模具中成型，1h后脱模，置于空气中养护到相应龄期，测定其耐压强度值。按照国家标准GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定其终凝时间。

测得性能如下：流动度为260mm；终凝时间为720s；1小时强度18.8MPa；3小时强度26.8MPa；1天强度36.2MPa；3天强度48.4MPa；7天强度68.2MPa。

实施例4

一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥的制备方法：

第一步：将粒度200目以下的低品位菱镁矿粉与粒度325目以下的硼泥按重量比为：93:9配比后在行星式球磨机中混合均匀，于1220℃下保温3.5小时，冷却至室温并磨细至200目以下，制成合成轻烧硼镁粉备用。

第二步：将重量份为合成轻烧硼镁粉65份；工业级磷酸二氢钾10份；粉煤灰：25份混合均匀，制备成无缓凝剂的新型磷酸镁水泥。

将本实施例的无缓凝剂的新型磷酸镁水泥加入总重的的22％的自来水，在水泥净浆混炼机中低速搅拌30s后，高速搅拌90s，浇注在40mm×40mm×160mm的模具中成型，1h后脱模，置于空气中养护到相应龄期，测定其耐压强度值。按照国家标准GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定其终凝时间。

测得性能如下：流动度为220mm；终凝时间为600s；1小时强度10.6MPa；3小时强度15.4MPa；1天强度28.6MPa；3天强度36.4MPa；7天强度58.2MPa。

Claims (5)

1.一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，其特征在于，各组分及其重量份比为：合成轻烧硼镁粉55～65份；酸式磷酸盐18～22份；增强材料15％～25份。

2.根据权利要求1所述的一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，其特征在于，所述的合成轻烧硼镁粉为低品位菱镁矿粉与硼泥按比例混合，于1200～1250℃下保温3～4小时，冷却至室温并磨细至200目以下；低品位菱镁矿粉与硼泥重量比为92～95:8～10，低品位菱镁矿粉为氧化镁含量小于41％，粒度在200目以下，硼泥为生产硼酸、硼砂产品的废渣，粒度为325目以下。

3.根据权利要求1所述的一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，其特征在于，所述的酸式磷酸盐为工业级磷酸二氢钾，磷酸二氢钾含量为大于等于95％。

4.根据权利要求1所述的一种无缓凝剂的新型磷酸镁水泥，其特征在于，所述的增强材料为Ⅱ级粉煤灰粉末或矿渣粉末中的一种。

5.一种根据权利要求1所述的无缓凝剂的新型磷酸镁水泥的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

第一步：将粒度200目以下的低品位菱镁矿粉与粒度325目以下的硼泥按比例在行星式球磨机中混合均匀，于1200～1250℃下保温3～4小时，冷却至室温并磨细至200目以下，制成合成轻烧硼镁粉备用。

第二步：将合成轻烧硼镁粉与酸式磷酸盐、增强材料按比例混合均匀，制备成无缓凝剂的新型磷酸镁水泥。