CN115448687A - 一种磷酸铵镁水泥基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铵镁水泥基复合材料及其制备方法和应用，属建材制备技术领域。以重量份计，所述磷酸铵镁水泥基复合材料由以下原料制备得到：重烧氧化镁80～120份，磷酸二氢铵30～40份，硼砂10～35份，河砂120～200份。本发明制备得到的磷酸铵镁水泥基复合材料粘结强度高、体积稳定性强、抗压性能高，适用于钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程；并且本发明提供的制备方法简单易行，可操性强，非常适合于修补施工作业。

Description

一种磷酸铵镁水泥基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建材制备技术领域，具体涉及一种磷酸铵镁水泥基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着城市地下交通工程的建设，振动问题是城市建筑群迫切需要解决的关键问题。目前，钢弹簧浮置轨道板的应用是应对这一工程问题的重要技术手段，但是预制钢弹簧浮置轨道板湿接缝处混凝土复合材料依旧存在较多的问题，如粘结性能差、开裂、干缩变形大等。而磷酸镁复合材料能够较好的满足湿接缝处复合材料抗拉性能高、抗压性能高、粘结强度高的要求，其广泛应用于工程修补，但是直接应用于工程建设的案例较少，存在凝结时间短强度低的问题，无法满足施工需求。专利CN114620959A公开了一种严寒潮湿环境抢修抢建用水泥及制备、使用方法，兼顾了水泥修补用的快用早强需求，但是不适用于大体积浇筑的较长时间的施工。也有一些适用性的缓凝剂应用于磷酸镁水泥基材料，如CN113772986B公开了一种适用于铵基磷酸镁水泥体系的缓凝剂及其使用方法，但是成本较高，缓凝效果不突出，无法大规模应用于钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程。
因此，提供一种能够应用于钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程的磷酸铵镁水泥基复合材料至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种磷酸铵镁水泥基复合材料，该材料粘结强度高、体积稳定性强、抗压性能高，可适用于钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，以重量份计，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000011
Figure BDA0003896644480000021
作为本发明技术方案的进一步优选，所述重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1500℃～1700℃煅烧5～6h后磨制而成。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述重烧氧化镁颗粒平均粒径为1.0um～1.1um。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述重烧氧化镁比表面积240～320m2/kg。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述磷酸二氢铵选用工业级，纯度大于98％。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述硼砂纯度大于98％。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述河砂表观密度为2.5～3.0g/cm3，细度模数为2.6～2.7。
上述技术方案中，氧化镁作为复合水泥强度形成的主要反应组分。磷酸二氢铵于复合水泥中主要与氧化镁发生酸碱中和反应，磷酸二氢铵在水化过程中放出大量热量可以促进氧化镁溶解；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；本发明所用河沙为普通河沙，作为混凝土的骨料。
本发明的目的之二在于提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
本发明对所述混合的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员常规混合方式即可。
进一步的，本发明还要求保护上述磷酸铵镁水泥基复合材料在钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程中的应用。可以理解的是，这只是本发明磷酸铵镁水泥基复合材料的一种应用形式，该材料可广泛应用于建筑施工工程。
可以理解的是，在使用本发明磷酸铵镁水泥基复合材料时，需加入一定量的水与之拌合并迅速进行施工，本发明不对加水量进行具体限制，根据施工现场的需求进行添加即可。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明将磷酸铵镁水泥基复合材料创新应用于钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程，解决了现有磷酸镁水泥基复合材料凝结时间短与强度低的需求矛盾，同时改进了生产制造成本高的特点；同时，本发明又利用磷酸铵镁水泥基复合材料体积稳定性强、快硬早强的特点，大大的加快工程建设，实现了城市地下工程安全、高质量建设的理念。
2、经试验，本发明制备得到的磷酸铵镁水泥基复合材料凝结时间达到20min以上，流动度达到340mm以上；在养护7d后，抗压强度达到40MPa以上，抗折强度达到3.93MPa，粘结强度达到3.4MPa；养护28d后粘结强度达到4.89MPa，28d体积收缩仅有20μm，是一种适用于钢弹簧浮置轨道板湿接缝施工用的磷酸镁复合材料。
3、本发明磷酸铵镁水泥基复合材料在制备时，无需采用特殊设备，也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，本产品从制备到应用都简单易行，满足施工需求。
总之，本发明制备方法、工艺及所需设备简单，可操性强，非常适合于修补施工作业。
附图说明
图1为本发明实施例1及实施例4～6磷酸铵镁水泥基材料初凝时间测试结果；
图2为本发明实施例1及实施例4～6磷酸铵镁水泥基复合材料流动度测试结果；
图3为本发明制备得到的不同硼砂含量的磷酸铵镁水泥基材料的抗压强度测试结果；
图4为本发明实施例1于实验室制得的100mm×100mm×400mm磷酸铵镁水泥基材料折断试块；
图5为本发明实施例1磷酸铵镁水泥基材料界面粘结强度测试结果；
图6为本发明实施例1磷酸铵镁水泥基混凝土界面粘结断面；
图7为本发明实施例1磷酸铵镁水泥基材料自收缩测试结果；
图8为本发明实施例1磷酸铵镁水泥基材料界面粘结耐水性测试结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如无特殊说明外，本发明中的原料均从市场途径购买。
实施例1
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000041
其中，重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1600℃煅烧6h后磨制而成，平均粒径为1.0um，比表面积280m2/kg；磷酸二氢铵选用工业级，纯度为99％；硼砂纯度为99％；河砂表观密度为2.65g/cm3，细度模数为2.62。
本实施例还提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
实施例2
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000042
其中，重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1600℃煅烧6h后磨制而成，平均粒径为1.0um，比表面积280m2/kg；磷酸二氢铵选用工业级，纯度为99％；硼砂纯度为99％；河砂表观密度为2.65g/cm3，细度模数为2.62。
本实施例还提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
实施例3
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000051
其中，重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1600℃煅烧6h后磨制而成，平均粒径为1.0um，比表面积280m2/kg；磷酸二氢铵选用工业级，纯度为99％；硼砂纯度为99％；河砂表观密度为2.65g/cm3，细度模数为2.62。
本实施例还提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
实施例4
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000052
其中，重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1600℃煅烧6h后磨制而成，平均粒径为1.0um，比表面积280m2/kg；磷酸二氢铵选用工业级，纯度为99％；硼砂纯度为99％；河砂表观密度为2.65g/cm3，细度模数为2.62。
本实施例还提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
实施例5
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000053
其中，重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1600℃煅烧6h后磨制而成，平均粒径为1.0um，比表面积280m2/kg；磷酸二氢铵选用工业级，纯度为99％；硼砂纯度为99％；河砂表观密度为2.65g/cm3，细度模数为2.62。
本实施例还提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
实施例6
一种磷酸铵镁水泥基复合材料，由以下原料制得得到：
Figure BDA0003896644480000061
其中，重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1600℃煅烧6h后磨制而成，平均粒径为1.0um，比表面积280m2/kg；磷酸二氢铵选用工业级，纯度为99％；硼砂纯度为99％；河砂表观密度为2.65g/cm3，细度模数为2.62。
本实施例还提供一种上述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法：将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
性能测试：
一、初凝时间、流动度测试
对实施例1及实施例4～6制备得到的磷酸铵镁水泥基复合材料加入水后进行初凝时间、流动度的性能测试，水胶比为0.16(水胶比下同)。其中，凝结时间的测试参照GB/T1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行，流动度的测试参照《水泥胶砂流动度测定方法》进行，测试结果如图1和图2所示。
结果分析：图1为实验测得磷酸铵镁水泥基复合材料初凝时间大于20min的配合比结果，表明当缓凝剂添加量超过4％时，凝结时间大于20min，且图2表明流动度为340mm，达到自流平效果，并且随着缓凝剂的增加，凝结时间与流动度进一步提升。
二、抗压强度测试
接着，对本发明制备得到的不同硼砂含量的磷酸铵镁水泥基复合材料进行抗压强度测试。其中，硼砂的含量占复合材料原料总质量的百分比为0、2％、4％(同实施例4)、6％(同实施例1)、8％(同实施例5)、10％(同实施例6)……100％；重烧氧化镁、磷酸二氢铵、河沙的质量用量以及制备方法同实施例1。测试参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行，结果如图3所示。
结果分析：通过对每个配合比进行抗压强度测试，结合初凝时间及流动度选择M1B0.06作为填充材料配合比，该配合比初凝时间为28min30s，流动度为360mm，7d抗压强度为44.8，基本符合填充材料性能指标要求。
三、四点弯折强度测试
利用实施例1得到的复合材料按照水胶比为0.16加水制备得到100mm×100mm×400mm磷酸铵镁水泥基材料试块，如图4所示。通过四点弯折强度测试得7d的强度为3.93MPa，该材料具有较高得黏结性能，适用于湿接缝界面粘结。
四、粘结强度测试
本发明的磷酸镁水泥基快速修补材料的界面粘结性能通过比较新旧混凝土材料界面的抗弯强度与原有混凝土的抗弯强度的接近程度进行评价，具体参考《混凝土抗弯测试方法》，间接表征磷酸镁水泥基快速修补材料与旧混凝土界面的粘结强度情况。对本发明实施例1制备得到的磷酸铵镁水泥基复合材料进行界面粘结强度测试，结果如图5所示。
结果分析：实验测试结果表明，当使用磷酸铵镁水泥基材料填充长型浮置板湿接缝时，3d界面的粘结强度为2.955，28d界面的粘结强度为4.89MPa，粘结强度大于普通硅酸盐混凝土和磷酸钾镁混凝土，稍小于普通硅酸盐纤维增韧混凝土，但具有较早的强度发展及凝结时间，更适用于湿接缝填充材料。
五、收缩测试
对本发明实施例1制备得到的磷酸铵镁水泥基材料进行自收缩测试，结果如图7所示。
测试结果表明磷酸铵镁水泥基混凝土具有微收缩的特点，在10d测试龄期时，微收缩为14μm，28d微收缩为20μm，具有超高的体积稳定性。
六、耐水性测试
通过自然养护和水养对比试验，测试本发明实施例1制备得到的磷酸铵镁水泥基材料的耐水性能，结果如图8所示。
测试结果表明养护龄期为28d时，自然养护效果更好，水养界面的粘结强度损失量为24％；因此，本发明磷酸铵镁水泥基材料在浇筑后不需要加水养护，于空气中自然养护即可。
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，以重量份计，由以下原料制得得到：
Figure FDA0003896644470000011
2.根据权利要求1所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，以重量份计，由以下原料制得得到：
Figure FDA0003896644470000012
3.根据权利要求1所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，所述重烧氧化镁由菱镁矿经工业窑炉于1500℃～1700℃煅烧5～6h后磨制而成。
4.根据权利要求3所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，所述重烧氧化镁颗粒平均粒径为1.0um～1.1um。
5.根据权利要求4所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，所述重烧氧化镁比表面积240～320m2/kg。
6.根据权利要求1所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，所述磷酸二氢铵选用工业级，纯度大于98％。
7.根据权利要求1所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，所述硼砂纯度大于98％。
8.根据权利要求1所述的磷酸铵镁水泥基复合材料，其特征在于，所述河砂表观密度为2.5～3.0g/cm3，细度模数为2.6～2.7。
9.一种权利要求1～8任一项所述磷酸铵镁水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，将重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、河砂混合均匀即可。
10.权利要求1～8任一项所述磷酸铵镁水泥基复合材料在钢弹簧浮置轨道板湿接缝工程中的应用。
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