CN110563433A - 一种磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥‑硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法，该混凝土按重量百分比由以下原料组成：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度为‑10℃～‑5℃的含磷酸盐冰水6～10％。本发明通过引入硫铝酸盐水泥、减少硼砂含量和加入连续级配石灰岩碎石和钢纤维及聚丙烯纤维，制备磷酸镁水泥‑硫铝酸盐水泥混凝土，具有凝结硬化快、早中后期强度高、良好的韧性、耐磨性、抗冲击性和耐高温性能等特点，能够满足应急、战时等紧急情况下的公路、机场、桥梁、发射平台等设施的抢修抢建。

Description

一种磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法。
背景技术
磷酸镁水泥(magnesia-phosphate cement)是由重烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂等按一定比例通过酸碱反应生成以磷酸盐为粘结相的新型胶凝材料。其中，氧化镁是由菱镁矿经1400～1600℃高温煅烧而成，磷酸盐主要为水化反应提供酸性环境和磷酸根离子。磷酸镁水泥具有快硬、早强、环境适应性广等特点，主要应用于抢修抢建、快速修补及军事工程等领域。磷酸镁水泥早期凝结硬化过快，目前主要通过硼砂来调节凝结时间，但会影响水泥混凝土的中后期强度，导致磷酸镁水泥基材料施工难度大。同时，磷酸镁水泥更多的集中于水泥净浆或砂浆形式，无粗集料等外加剂和掺合物，水化温度高，导致磷酸镁水泥的稳定性、工作性能和抗冻性差，大面积快速施工难度大，难以满足新时期战场条件下的公路、机场、发射平台等军事设施的抢修抢建。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法，以解决如何改善凝结硬化、控制早中后期强度及各项性能的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土，该混凝土按重量百分比由以下原料组成：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度为-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％。
进一步地，硫铝酸盐水泥为42.5级，比表面积为300～500m2/kg，45μm负压筛通过率83％。
进一步地，氧化镁化学成分中氧化钙含量小于5％，比表面积为2200～2800cm2/g。
进一步地，磷酸二氢钾和硼砂纯度为97％。
进一步地，集料为4.7～27mm连续级配石灰岩碎石。
进一步地，中砂细度模数为2.0～3.0。
进一步地，钢纤维长径比为30，密度为7.90g/cm3。
此外，本发明还提出一种上述混凝土的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1、按重量百分比配制以下原料：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％；
S2、按照顺序先后加入硫铝酸盐水泥、氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、中砂、集料、钢纤维和聚丙烯纤维，并搅拌均匀；
S3、加入含磷酸盐冰水并快速搅拌，得到磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土。
进一步地，在步骤S3中，加入磷酸盐冰水并快速搅拌3分钟。
(三)有益效果
本发明提出一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土及其制备方法，该混凝土按重量百分比由以下原料组成：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度为-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％。
本发明通过引入硫铝酸盐水泥、减少硼砂含量和加入连续级配石灰岩碎石和钢纤维及聚丙烯纤维，制备磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土，具有凝结硬化快、早中后期强度高、良好的韧性、耐磨性、抗冲击性和耐高温性能等特点，能够满足应急、战时等紧急情况下的公路、机场、桥梁、发射平台等设施的抢修抢建。
本发明的混凝土具有如下特点：
(1)由于将硫铝酸盐水泥和磷酸镁水泥复合，能够加快凝结速度和强度，并具有较好的耐高温性能和流动性。
(2)由于硼砂含量低，磷酸镁混凝土凝结硬化速度快，早期强度高，满足工程实施抢修抢建的要求。
(3)使用-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水搅拌，能够降低水化温度，提高复合磷酸镁混凝土的稳定性。
(4)加入连续级配石灰岩碎石、钢纤维和聚丙烯纤维，使复合磷酸镁混凝土的强度和稳定性更好。
(5)使用磷酸二氢钾，搅拌过程中不会产生氨气，不会对环境和人体产生不良影响。
(6)凝结时间为1～10分钟，满足应急情况下的抢修抢建。
(7)该磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土主要通过酸碱反应形成强度，强度发展迅速并且早期强度高，能够迅速达到并超过允许受冻的混凝土临界强度(3.5MPa)，可在低温寒区施工。能够在1h左右，形成15～25MPa的抗压强度，可满足30～50t装备车辆的通行。
(8)该材料水化产物主要是磷酸镁盐，无氢氧化钙，不会出现普通硅酸盐水泥混凝土的硫酸盐侵蚀破坏，具有较好的抗硫酸盐侵蚀及抗海水侵蚀性能。
(9)本发明不需要对原材料进行特殊处理，养护可采用空气中自然养护，所采用设备为普通混凝土设备，制备方法、工艺及所需设备简单，满足应急、作战等紧急情况下的抢修抢建。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土，按重量百分比由以下原料组成：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、作为拌合水的温度为-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％。
在本实施例中，硫铝酸盐水泥为42.5级，比表面积为300～500m2/kg，45μm负压筛通过率83％；氧化镁化学成分中氧化钙含量小于5％，比表面积为2200～2800cm2/g；磷酸二氢钾和硼砂纯度为97％；集料为4.7～27mm连续级配石灰岩碎石；中砂细度模数为2.0～3.0；钢纤维长径比为30，密度为7.90g/cm3。
上述混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量百分比配制以下原料：
硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％；
S2、按照顺序先后加入硫铝酸盐水泥、氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、中砂、集料、钢纤维和聚丙烯纤维，并搅拌均匀；
S3、加入磷酸盐冰水并快速搅拌3分钟，得到磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土。
实施例1
(1)按照下列各组分的重量备份比备料
硫铝酸盐水泥10％、氧化镁(比表面积2280cm2/g)41％、磷酸二氢钾10％、硼砂1.4％、集料(4.7～27mm连续级配石灰岩碎石)22％、中砂(细度模数为2.5)4.5％、钢纤维和聚丙烯纤维2.1％、含磷酸盐冰水(温度为-5℃)7.0％。
(2)制备混凝土
启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入硫铝酸盐水泥、氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、中砂、集料、钢纤维和聚丙烯纤维，混合至均匀，最后将含磷酸盐冰水加入到混凝土搅拌机，快速搅拌3分钟，得到混凝土浆料。
(3)性能检测
①力学性能测试
将磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土搅拌成型，1h后测得抗压强度为16.3MPa，6h抗压强度为32.2MPa，1d抗压强度为44.7MPa，7d抗压强度为64.3MPa。
②凝结时间检测
通过测试，该混凝土的凝结时间为3分钟。
③抗冻性能检测
200次冻融循环后，磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土块质量损失约1.33％，抗折强度和抗压强度均下降0.25％，说明复合磷酸镁混凝土具有良好的抗冻性能。
实施例2
(1)按照下列各组分的重量备份比备料
硫铝酸盐水泥15％、氧化镁(比表面积2280cm2/g)38％、磷酸二氢钾9.4％、硼砂1.3％、集料(4.7～27mm连续级配石灰岩碎石)21％、中砂(细度模数为2.5)4.3％、钢纤维和聚丙烯纤维2.0％、含磷酸盐冰水(温度为-5℃)7.0％。
(2)制备混凝土
启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入硫铝酸盐水泥、氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、中砂、集料、钢纤维和聚丙烯纤维，混合至均匀，最后将含磷酸盐冰水加入到混凝土搅拌机，快速搅拌3分钟，得到混凝土浆料。
(3)性能检测
①力学性能测试
将磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土搅拌成型，1h后测得抗压强度为18.4MPa，6h抗压强度为33.6MPa，1d抗压强度为47.7MPa，7d抗压强度为68.7MPa。
②凝结时间检测
通过测试，该混凝土的凝结时间为5分钟。
③抗冻性能检测
200次冻融循环后，磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土块质量损失约0.53％，抗折强度和抗压强度均未下降，说明复合磷酸镁混凝土具有良好的抗冻性能。
实施例3
(1)按照下列各组分的重量备份比备料：
硫铝酸盐水泥20％、氧化镁(比表面积2280cm2/g)35％、磷酸二氢钾9％、硼砂1.1％、集料(4.7～27mm连续级配石灰岩碎石)20％、中砂(细度模数为2.5)4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.8％、含磷酸盐冰水(温度为-5℃)7.0％。
(2)制备混凝土
启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入硫铝酸盐水泥、氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、中砂、集料、钢纤维和聚丙烯纤维，混合至均匀，最后将含磷酸盐冰水加入到混凝土搅拌机，快速搅拌3分钟，得到混凝土浆料。
(3)性能检测
①力学性能测试
将磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土搅拌成型，1h后测得抗压强度为15.1MPa，6h抗压强度为29.5MPa，1d抗压强度为46.7MPa，7d抗压强度为67MPa。
②凝结时间检测
通过测试，该混凝土的凝结时间为7.5分钟。
③抗冻性能检测
200次冻融循环后，磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土块质量损失约0.47％，抗折强度和抗压强度均未下降，说明复合磷酸镁混凝土具有良好的抗冻性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于抢修抢建的磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土，其特征在于，所述混凝土按重量百分比由以下原料组成：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度为-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％。
2.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥为42.5级，比表面积为300～500m2/kg，45μm负压筛通过率83％。
3.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述氧化镁化学成分中氧化钙含量小于5％，比表面积为2200～2800cm2/g。
4.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述磷酸二氢钾和硼砂纯度为97％。
5.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述集料为4.7～27mm连续级配石灰岩碎石。
6.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述中砂细度模数为2.0～3.0。
7.如权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述钢纤维长径比为30，密度为7.90g/cm3。
8.一种权利要求1～7中任一项所述混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、按重量百分比配制以下原料：硫铝酸盐水泥10～20％、氧化镁16～36％、磷酸二氢钾6.4～13.5％、硼砂0～2.0％、集料12～22.5％、中砂2.4～5.4％、钢纤维和聚丙烯纤维1.6～5.4％、温度-10℃～-5℃的含磷酸盐冰水6～10％；
S2、按照顺序先后加入硫铝酸盐水泥、氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、中砂、集料、钢纤维和聚丙烯纤维，并搅拌均匀；
S3、加入含磷酸盐冰水并快速搅拌，得到磷酸镁水泥-硫铝酸盐水泥混凝土。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，加入含磷酸盐冰水并快速搅拌3分钟。
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