CN114620959A - 一种严寒潮湿环境抢修抢建用水泥及制备、使用方法 - Google Patents
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Abstract
发明涉及一种严寒潮湿环境下抢修抢建混凝土工程用磷酸镁‑铁铝酸盐复合水泥。所述复合水泥包括作为防冻成分的磷酸二氢钾；作为耐水成分的铁铝酸盐水泥；作为早强快硬成分的氧化镁和能够改善水泥凝结速度的硼砂。所得到的磷酸镁‑铁铝酸盐复合水泥砂浆标准条件养护1h抗压强度达到11MPa以上、7d抗压强度达到32.5MPa以上；标准条件养护7d、浸水28d后的抗压强度与浸水前抗压强度的比值大于1.23；标准条件养护28d后反复冻融200次抗压强度损失率小于5％、质量损失率小于3％。磷酸镁‑铁铝酸盐复合水泥满足严寒潮湿环境下抢修抢建混凝土工程对无机胶凝材料快硬早强耐水抗冻的要求。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种用于严寒潮湿环境下的快硬早强耐水抗冻磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥。
背景技术
目前常用抢修抢建混凝土工程中的胶凝材料分为无机胶凝材料、有机胶凝材料及二者混合而成的胶凝材料。其中有机胶凝材料耐久性差，因而限制了其在永久性混凝土工程中的应用。常用的无机胶凝材料为快硬高强系列水泥，主要包括快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥、双快水泥及磷酸盐水泥等。其中磷酸镁水泥因具有凝结速度快、早期强度高、凝结时间可控、粘结强度高、生产工艺简单、体积稳定性好等优点，在抢修抢建混凝土工程中得到了广泛关注。
但现有技术中的磷酸镁水泥在使用过程中，若长期经受水汽的浸湿或浸水，磷酸镁水泥浆体表面的磷酸盐会被溶蚀，形成酸性环境，进而导致水化产物晶体和凝胶部分溶解，在浆体表面和内部形成孔隙和裂纹，结构致密度下降、孔隙率增大，氧化镁颗粒表面和间隙起胶结作用的水化产物逐渐减少，混凝土内部结构出现疏松，最终导致磷酸镁水泥强度减弱。另一方面在严寒地区磷酸镁水泥水化反应速度慢，特别是严寒潮湿环境反复冻融条件下更会出现混凝土表面剥落脱皮等缺陷，更严重者，将逐渐导致混凝土层层剥落，破坏从表面逐步向内部发展，使表面砂浆层剥落，骨料暴露，这对混凝土结构的表面功能和耐久性造成巨大伤害。
因此，磷酸镁水泥在严寒潮湿环境下面临着溶蚀、冻融损伤等病害，这大大限制了磷酸镁水泥在混凝土中的应用。为改善磷酸镁水泥的耐水性及抗冻性，研发一种适用于严寒潮湿环境下的抢修抢建用水泥，对高寒潮湿地区混凝土工程的抢修抢建具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种耐水且抗冻，适用于严寒潮湿环境下的抢修抢建用水泥及其制备使用方法。
本发明的一种严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，所述水泥包括作为防冻成分的磷酸二氢钾；作为耐水成分的铁铝酸盐水泥；作为早强快硬成分的氧化镁和能够改善水泥凝结速度的硼砂。本发明所指的严寒是指温度在-10～-20℃，潮湿是指浸水或相对湿度大于60％。通过在水泥配方中添加磷酸二氢钾作为防冻成分；添加铁铝酸盐水泥作为耐水成分；添加氧化镁作为早强快硬成分；添加硼砂改善水泥硬化速度；从而使得到磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥具有早强快硬特性，同时解决了严寒潮湿环境下磷酸镁水泥水化产物溶蚀、耐水性差及结冰使水泥内部出现冻胀导致结构破坏的问题。铁铝酸盐水泥取代部分氧化镁制备的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥较磷酸镁水泥具有优良的耐水性能，这是由于铁铝酸盐水泥的加入能够降低磷酸镁水泥水化初期的反应速率，并且水化生成大量高型水化硫铝酸钙、低型水化硫铝酸钙以及铝凝胶、水化硅酸钙凝胶、铁凝胶等胶体物质，这些胶体物质填充于水泥水化体内部空隙中能够增加净浆内部的密实度，防止浸水后水化产物的溶蚀，当浸水养护时，铁铝酸盐水泥能够继续进行水化，进一步增强复合水泥体系的强度。
进一步，本发明的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，所述水泥成分为：氧化镁43～59份；磷酸二氢钾29～31份；铁铝酸盐水泥6～26份；硼砂2～4份。
进一步，本发明的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，所述磷酸二氢钾选用工业级，纯度大于98％；所述硼砂为白色晶体，纯度大于98％。所述磷酸二氢钾于复合水泥中主要与氧化镁发生酸碱反应，磷酸二氢钾在水化过程中放出大量热量可以促进氧化镁溶解。所述硼砂主要用于复合水泥的调凝，同时提高复合水泥所制备混凝土的流动性。
进一步，本发明的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，所述氧化镁经工业窑炉于1500℃～1700℃煅烧5～6h后磨制而成，颗粒平均粒径为1.0um～1.1um。所述氧化镁作为水泥强度形成的主要反应组分，比表面积240～320m2/kg，可以促进复合水泥的水化反应。
进一步，本发明的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，所述铁铝酸盐水泥成分为：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。该铁铝酸盐水泥具有速凝性和微膨胀性，采用此材料主要用于替换磷酸镁水泥制备中部分氧化镁提高耐水性，防止水泥水化产物的溶蚀。
本发明的一种严寒潮湿环境抢修抢建用水泥的制备及使用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)先取得如下材料的质量份数：氧化镁43～59份，磷酸二氢钾29～31份，铁铝酸盐水泥6～26份，硼砂2～4份，上述材料总质量份数为100份；(2)将材料混合倒入搅拌锅，低速干拌25～30s，加水再高速搅拌60～90s使其混合均匀，由此得到本发明所述的用于严寒潮湿环境下的快硬早强耐水抗冻磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥的净浆。
本复合水泥砂浆制备时，无需采用特殊设备，复合水泥砂浆成型后也无需特殊养护。经试验，得到的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆标准养护1h抗压强度达到11MPa以上、7d抗压强度达到32.5MPa以上；标准条件养护7d，然后浸水28d后抗压强度保留率大于1.23；标准养护28d后反复冻融200次抗压强度损失率小于5％、质量损失率小于3％；由以上试验结果可以得出磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥满足严寒潮湿环境下抢修抢建混凝土工程对胶凝材料的要求。本发明实施工艺简单，适用于严寒潮湿环境下的桥梁伸缩缝、混凝土构件、水泥混凝土路面、水下混凝土结构、国防工程及废弃物紧急处理等工程的抢修抢建。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明解决了磷酸镁水泥在严寒潮湿环境下耐水性差、易冻融的问题，使磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥在严寒潮湿环境下可用作抢修抢建混凝土工程的胶凝材料。
(2)本发明制得的快硬早强磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥，初凝时间26～34min，复合水泥砂浆标准养护1h抗压强度达到11MPa以上、7d抗压强度达到32.5MPa以上；标准条件养护7d，然后浸水28d抗压强度保留率大于1.23；标准养护28d后反复冻融200次抗压强度损失率小于5％、质量损失率小于3％；是一种适用于严寒潮湿环境下抢修抢建混凝土工程用无机胶凝材料。
附图说明
图1是本发明所述对比例1水泥的砂浆标准养护1天后SEM图；
图2是本发明所述对比例1水泥的砂浆标准养护7天后SEM图；
图3是本发明所述对比例1水泥的砂浆标准养护7天后再浸水养护28天后的SEM图；
图4是本发明所述实施例4水泥的砂浆标准养护1天后SEM图；
图5是本发明所述实施例4水泥的砂浆标准养护7天后SEM图；
图6是本发明所述实施例4水泥的砂浆标准养护7天后再浸水养护28天后的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
对比例1：
本对比例1的复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：62份、磷酸二氢钾：34份、硼砂：4份、铁铝酸盐水泥：0份。
在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份，标准砂购自厦门艾思欧标准砂有限公司，标准砂按照GB/T17671-1999标准生产。
采用如下步骤制得：
将制备水泥用材料按比例混合倒入搅拌锅，低速干拌25～30s，再按比例加入水和标准砂，再高速搅拌60～90s使其混合均匀，由此得到用于严寒潮湿环境下的快硬早强磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆。装入40mm×40mm×160mm的模具中振实成型，置于温度20℃，湿度95％的养护箱中养护30min后脱模。脱模后继续放入标准养护箱中养护至1h、1d、7d、28d，标准养护7d后再浸水28d，然后用电液伺服抗压折一体机测试其力学性能。
实施例1：
本实施例1与对比例1的不同之处仅在于所述复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：59份、磷酸二氢钾：31份、硼砂：4份、铁铝酸盐水泥：6份。
在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份。
所述1份铁铝酸盐水泥包括：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
实施例2：
本实施例2与实施例1的不同之处仅在于所述复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：54.2份、磷酸二氢钾：30份、硼砂：3份、铁铝酸盐水泥：12.8份。
在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份。
所述1份铁铝酸盐水泥包括：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
实施例3：
本实施例3与实施例1的不同之处仅在于：所述复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：47.8份、磷酸二氢钾：30份、硼砂：3份、铁铝酸盐水泥：19.2份。
在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份。
所述1份铁铝酸盐水泥包括：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
实施例4：
本实施例4与实施例1的不同之处仅在于：所述复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：43份、磷酸二氢钾：29份、硼砂：2份、铁铝酸盐水泥：26份。
在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份。
所述1份铁铝酸盐水泥包括：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
对比例2：
本对比例2与实施例1的不同之处仅在于：所述复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：33份、磷酸二氢钾：32份、硼砂：2份、铁铝酸盐水泥：33份。在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份。
所述1份铁铝酸盐水泥包括：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
对比例3：
本对比例3与实施例1的不同之处仅在于：所述复合水泥，采用如下质量份数比例的材料：
氧化镁：0份、磷酸二氢钾：0份、硼砂：0份、铁铝酸盐水泥：100份。在上述材料的基础上，再按照和上述材料总份数的质量倍数加入水和标准砂：反应用水：0.18倍份、标准砂：1倍份。
所述1份铁铝酸盐水泥包括：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
对上述各实施例的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥，参照《水泥胶砂强度检验法》，测试物理力学性能，结果见表1：
表1实施案例中磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥的物理力学性能
根据表1，本发明制备的用于严寒潮湿环境下快硬早强耐水抗冻磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥其实施例1～4，1h抗压强度均超过11MPa；7d抗压强度达到32.5MPa以上；标准养护7d然后浸水28d抗压强度保留率大于1.23(以实施例4为例，抗压保留强度＝45.25/34.5＝1.31)，证明耐水性良好；标准养护28d后冻融循环200次抗压强度损失率小于5％，证明抗冻性良好；适合用作严寒潮湿环境下的快修快建混凝土工程。其中实施例4早期抗压强度最高，耐水性和抗冻性也最好，属于最优配合比，可以在严寒潮湿环境下用于抢修抢建混凝土工程，作为工程配合比使用。
Claims (7)
1.一种严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，其特征在于：所述水泥包括作为防冻成分的磷酸二氢钾；作为耐水成分的铁铝酸盐水泥；作为早强快硬成分的氧化镁和能够改善水泥凝结速度的硼砂。
2.根据权利要求1所述的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，其特征在于，所述水泥成分为：氧化镁43～59份；磷酸二氢钾29～31份；铁铝酸盐水泥6～26份；硼砂2～4份。
3.根据权利要求2所述的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，其特征在于，所述磷酸二氢钾选用工业级，纯度大于98％。
4.根据权利要求2或3所述的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，其特征在于，所述氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1500℃～1700℃煅烧5～6h后磨制而成，颗粒平均粒径为1.0um～1.1um；氧化镁含量大于95％，颜色为棕黄色。
5.根据权利要求4所述的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，其特征在于，所述铁铝酸盐水泥成分为：氧化钙为40～50份、二氧化硅为6～9份、三氧化二铝为28～31份、三氧化二铁为4～6份、三氧化硫为12～14份。
6.根据权利要求5所述的严寒潮湿环境抢修抢建用水泥，其特征在于，所述硼砂为白色晶体，纯度大于98％。
7.一种严寒潮湿环境抢修抢建用水泥的制备及使用方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)先取得如下材料的质量份数：氧化镁43～59份，磷酸二氢钾29～31份，铁铝酸盐水泥6～26份，硼砂2～4份，上述材料总质量份数为100份；(2)将材料混合倒入搅拌锅，低速干拌25～30s，加去离子水再高速搅拌60～90s使其混合均匀，由此得到如权利要求1-6任一所述的用于严寒潮湿环境下的快硬早强耐水抗冻磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥的净浆。
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| LIANG JIA: "Bond performance of repair mortar made with magnesium phosphate cement and ferroaluminate cement", 《CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS》 * |
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