磷酸镁水泥耐酸碱性能及机理研究

通过质量损失、抗压强度损失、物相分析、微观形貌分析等方法研究了硫酸溶液、氢氧化钠溶液对磷酸镁水泥的腐蚀情况。研究结果表明硫酸、氢氧化钠溶液会对磷酸镁水泥造成腐蚀。硫酸可与磷酸镁水泥的主要水化产物六水磷酸镁钾(MgKPO4·6H2O,MKP)及未水化的氧化镁发生反应。低浓度的氢氧化钠溶液对磷酸镁水泥的腐蚀作用很小,与纯水对磷酸镁水泥的作用相似。高浓度的氢氧化钠溶液对磷酸镁水泥腐蚀作用强烈,高浓度的氢氧化钠溶液与MKP发生反应生成可溶物质。     

铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响及其在复合磷酸盐磷酸镁水泥中的稳定性。实验结果表明,复合磷酸盐磷酸镁水泥抗压强度随着铅离子掺量的增加而降低,其中硝酸铅掺量达到10%时,复合磷酸盐磷酸镁水泥的各个龄期的抗压强度发生明显下降。铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥凝结时间没有明显影响。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化过程中,铅离子对水泥体系的pH值影响不大,但能够造成水泥水化放热峰出现的时间延迟,水化放热的总量减少并影响主要水化产物的结晶程度。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化反应后期,当硝酸铅掺量达到10%以上时,在水化产物中出现了较为明显的Pb2P2O7的衍射峰。复合磷酸盐磷酸镁水泥固化铅离子的浸出毒性试验结果(43μg/L)远低于国家标准要求(5mg/L)。     

m(P)/m(M)比值对磷酸镁水泥性能影响及作用机理分析

研究了原材料磷酸二氢铵(P)与氧化镁(M)的质量比值对磷酸镁水泥抗压强度和凝结时间的影响,通过XRD、扫描电镜和能谱检测分析了该比值影响的作用机理。研究发现,材料体系是由大量未反应的氧化镁颗粒被水化产物胶结而形成的强度体系,氧化镁对水化反应速率和强度发展至关重要;水化产物主要为磷酸铵镁和磷酸镁类化合物,其组成及晶体形貌结构受m(P)/m(M)比值影响较大,当m(P)/m(M)比值在1/4~1/5时,水化产物晶体微观形貌结构密实,材料强度较高。     

早强磷硅酸盐水泥的制备和性能

以MgO含量较低的镁砂和粉煤灰为主要原料，制备了磷硅酸盐胶凝水泥（MPSC），研究力学性能．结果表明，磷硅酸盐水泥凝结快，早期强度高．掺入30％-50％的粉煤灰可明显地提高MPSC的早期和长期抗压强度，其中以粉煤灰掺量为40％效果最好．使用MgO含量较高而且颗粒较细的镁砂，制备出的水泥具有较高的强度．水泥石的水化产物以无定形为主，伴以少量的六水水化磷酸镁钾晶体．硬化水泥石中有许多未水化的镁砂，可作微集料．粉煤灰填充了反应物之间的空隙，使基体的密实度提高；粉煤灰参与水化反应提高了材料的胶凝性能．     

粉煤灰掺量对轻烧氧化镁基制备3d打印用磷酸镁水泥性能的影响

以实现轻烧氧化镁为原料制备低碳磷酸镁水泥材料的3d打印为目标,采用自主研发的混搅挤功能一化建筑3d打印设备,探究了不同粉煤灰掺量对以轻烧氧化镁为基制备磷酸镁水泥材料性能与打印性能的影响规律,并结合XRD与SEM微观试验进一步分析粉煤灰对其水化产物及晶体样貌的影响。结果表明：与重烧氧化镁相比,由轻烧氧化镁制备磷酸镁水泥的凝结时间大幅缩短;粉煤灰的加入对材料凝结时间影响较小,均在2～3 min左右,但对抗压强度与界面粘结强度有负面影响,当粉煤灰掺量为磷酸镁水泥质量的30%时,抗压强度及界面粘结强度分别下降约34.24%、48.94%;粉煤灰掺量在20%以内时,可有效改善轻烧氧化镁基磷酸镁水泥材料的干缩率,提高体积稳定性;粉煤灰中的活性物质参与水化反应,生成的水化产物与磷酸镁水泥展现出良好的化学相容性,使结构内部更为密实;当粉煤灰掺量为20%～25%时,制备的3d打印用轻烧氧化镁基磷酸镁水泥具有良好的工作性能、体积稳定性能、挤出性能以及建造性能,且满足3d打印对水泥基材料的力学要求。     

矿物掺合料对自流平磷酸钾镁水泥砂浆性能的影响

为开发磷酸钾镁水泥(MKPC)砂浆的喷涂和灌缝工艺,研究了不同矿物掺合料的自流平磷酸钾镁水泥砂浆力学性能、体积变形、水化温度和水稳定性及其影响规律.分析了水化产物的物相组成和微观形貌对磷酸钾镁水泥砂浆性能的影响及作用机理.研究结果表明:粉煤灰和偏高岭土由于其材料特性,不会降低MK P C砂浆的流动性,而硅灰比表面积过大,吸水量较多导致浆体流动性降低.偏高岭土活性较高可与磷酸盐发生反应生成磷酸铝类凝胶填补晶体间的孔隙,可显著提高抗压强度,但水化过程后期出现微膨胀使粘结抗折强度倒缩;掺硅灰的MK P C硬化浆体体积稳定性最佳,故粘结抗折强度最高.微观分析表明,矿物掺和料起到物理填充作用和作为活性成分参与水化反应以提高水化程度,可改变MK P C硬化浆体的晶体尺寸和微观形貌,使结构更加致密.     

碳纳米管对磷酸镁水泥的性能影响研究

研究了不同掺量的碳纳米管对磷酸镁水泥(MPC)力学性能和导电性能的影响,并结合压汞法,XRD和FTIP分析其组分与微观结构变化。结果表明,随着碳纳米管掺量的增加,磷酸镁水泥的抗压强度先增加后降低,掺量为0.03%时达到最佳。随着碳纳米管掺量增加,MPC电阻率逐渐降低,而孔隙率增加。一定掺量的纳米碳管可以促进磷酸镁水泥的水化,但没有新的水化产物生成。     

粉煤灰掺量对磷酸钾镁水泥水化动力学的影响

使用等温微量热仪测定了粉煤灰掺量分别为0、5%、10%、15%、20%和25%的磷酸钾镁水泥((Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)在20℃的水化放热速率和放热量。根据Knudsen和Kondo水化动力学公式计算了MKPC水化最终放热量Q_∞、各阶段的水化阻力N和反应速率常数K,研究了粉煤灰掺量对MKPC水化历程的影响机理。结果表明:对于不同粉煤灰掺量的MKPC最终放热量和动力学参数的计算,Knudsen和Kondo水化动力学公式都具有优异的适用性,拟合相关度很高。磷酸钾镁水泥的水化过程可分为6个阶段,水化反应始于第二阶段,水化进行至第四阶段时MKPC由结晶成核直接进入到扩散阶段。随着粉煤灰掺量从0提高到15%,MKPC体系中反应组分MgO和KH_2PO_4的含量减少,水化放热量降低,粉煤灰主要以物理填充作用参与MKPC水化,对磷酸镁水泥水化过程影响较小。当粉煤灰掺量为15%~25%、硼砂相对含量减少时,粉煤灰的火山灰效应显著,水化放热量增大,MKPC各水化阶段的N和K值的变化较大。     

无水乙酸钠对磷酸钾镁水泥水化性能和微观形貌的影响

磷酸钾镁水泥(MKPC)快速凝结硬化和集中大量放热的特点制约了其实际应用。传统的缓凝剂难以显著降低其水化硬化速率且无法平衡缓凝剂对凝结时间和力学性能的影响。采用无水乙酸钠(SA)作为新型缓凝剂,研究了其对MKPC水化放热特性、工作性能和抗压强度的影响,并采用XRD、TG-DSC及SEM等分析了SA对MKPC水化硬化过程中固相组成和形貌的影响及机理。结果表明,SA吸附在氧化镁表面能够抑制Mg~(2+)的溶解,延缓氧化镁和磷酸二氢钾的水化反应速率,降低水化温度。因此,随着SA掺量的增加,MKPC的凝结时间得到有效延长,而MKPC的强度尤其是早期强度则随之下降。SA掺入后,MKPC仍以MgKPO_4·6H_2O为主要水化产物,但产物数量减少,棱柱状或板状晶体被球状晶体取代,晶体尺寸减小。     

基于极化曲线的磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为研究

通过磷酸镁水泥体系和普通水泥中的钢筋锈蚀的对比实验,利用电化学工作站,分析钢筋锈蚀过程中的开路电位和极化曲线,研究了磷酸镁水泥体系的钢筋锈蚀行为。同时利用光学显微镜观察了不同龄期的磷酸镁水泥中钢筋的锈蚀形貌。结合磷酸镁水泥水化过程中pH值的变化和极化曲线理论深究了磷酸镁水泥体系抗钢筋锈蚀能力的机理。研究表明,磷酸镁水泥具有很强的抗钢筋锈蚀能力。磷酸镁水泥体系中的钢筋锈蚀行为虽然存在,但是其发展非常缓慢。磷酸镁水泥pH值的变化以及弱碱环境中磷酸铵金属络合物的形成是磷酸镁水泥抗钢筋锈蚀能力的控制因素。     

缓凝剂硼砂对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

为了探讨缓凝剂硼砂(B)对磷酸镁水泥(MPC)的作用机理,测试和分析了不同掺量硼砂(B)的磷酸镁水泥(MPC)浆体的凝结时间、pH值、体系温度以及硬化体的强度和微观结构。结果表明:硼砂在一定掺量范围内对磷酸镁水泥(MPC)浆体有较明显的吸热降温促进作用和调节pH值作用,两种作用均可减慢浆体的水化反应速度且进一步影响硬化体的微观结构形貌和强度。由此推论硼砂在磷酸镁水泥(MPC)浆体中,除在MgO表面形成保护膜外,还通过降低体系温度和调节浆体pH值进而减慢水化反应速度来延缓浆体的凝结,随着硼砂(B)掺量的变化,不同因素起主导作用。     

可注射镁基磷酸钙骨水泥的研究

采用MgO、KH₂PO₄、β-TCP、葡萄糖作为骨水泥的固相, 磷酸溶液作为液相, 制备可注射镁基磷酸钙骨水泥(IMPC)。考察液固比(LPR)、MgO含量、葡萄糖含量变化对IMPC胶凝性能和力学性能的影响。实验结果显示: 液固比和缓凝剂葡萄糖含量增大均会导致凝结时间变长和抗压强度下降, 但有益于可注射性; 随MgO含量增大, 凝结时间缩短, 可注射率降低, 但抗压强度提高。采用正交实验法确定MgO含量26wt%, 液固比0.30 mL/g, 葡萄糖含量6wt%时得到的IMPC综合性能良好, 水化过程缓和, 放热量低。该IMPC有望成为一种新型骨粘结材料。     

磷酸镁水泥修补材料耐磨性影响因素研究

以重烧MgO和磷酸二氢铵为主要原料制备磷酸镁水泥修补材料,研究了氧化镁与磷酸二氢铵的比值(M/P)、水胶比(W/B)、硼砂掺量、粉煤灰掺量及龄期对磷酸镁水泥石耐磨性的影响,采用X射线衍射分析和扫描电镜探讨不同龄期水化产物的物相组成及结构。结果表明,M/P=4时磷酸镁水泥石耐磨性最强;7d内磷酸镁水泥石耐磨性随W/B增大而减弱;掺入硼砂和粉煤灰都会影响磷酸镁水泥石的耐磨性,且掺量越大耐磨性越差;磷酸镁水泥石耐磨性随龄期延长而提升。     

磷酸二氢钾粒度对磷酸钾镁水泥性能影响

KH2PO4作为磷酸钾镁水泥主要原材料,与其性能直接相关。研究了KH2PO4粒度对磷酸钾镁水泥的流动性、凝结时间、抗压强度、粘接强度、水化浆体温度和孔隙率等方面的影响。结果表明,随着KH2PO4粒径的减小,磷酸钾镁水泥的凝结时间缩短,流动度先增加后减小;材料抗压强度和粘接强度逐渐增大,中位粒径为45μm时,3h抗压强度达32 MPa,1d粘接强度达4.3MPa;KH2PO4的粒度对磷酸钾镁水泥的水化热有较大影响,对于100mm×100 mm×100mm的试块,成型后中心最高温度逐渐升高,最高可达79.5℃;随着KH2PO4粒径降低,磷酸钾镁水泥的平均孔径降低,孔隙率降低,材料致密程度相应提高。同时,粒径的减小也明显减轻了磷酸钾镁水泥所存在的"泛霜"现象。     

缓凝剂对磷酸镁水泥性能及其水化机制影响研究进展

磷酸镁水泥(MPC)作为一种新型无机胶凝材料,具有早期强度高、干缩小、耐久性好等优良性能,在土木结构工程的快速修补和危废快速固化处理等领域有着极大优势.但磷酸镁水泥因强烈的放热反应,凝结速度过快,可施工操作性较低,所以其缓凝技术研究成为了该类材料规模化应用需解决的关键技术之一.缓凝剂的添加,可有效延缓磷酸镁水泥的凝结速度,改善其可施工操作性.本文基于国内外磷酸镁水泥缓凝剂研究,综述了几种常用的缓凝剂(硼砂(B)、硼酸(BA)和三聚磷酸钠(STP))对磷酸镁水泥性能(水化热、抗压强度、凝结特性)及其水化机制的影响,对其缓凝机理进行了分析讨论.就当前缓凝剂改性MPC研究中的优势及不足,并结合实际应用需求展望其今后研究和发展方向,为MPC后续缓凝研究提供文献支撑.     

Na2SO4·10H2O对磷酸钾镁水泥水化硬化的影响

磷酸钾镁水泥凝结硬化过快及水化放热集中的问题严重制约着其大规模工程应用,相变材料的吸热储能功能为解决这一问题提供新途径。研究了无机水合盐Na_2SO_4·10H_2O(NS)对磷酸钾镁水泥(MKPC)水化温升、工作性能和抗压强度的影响,并结合XRD、FT-IR、SEM等分析手段及其水化放热速率曲线探究了NS对MKPC性能的影响机制。结果表明:NS的溶解和相变过程吸收大量热,同时释放出结晶水,降低了MKPC体系中Mg~(2+)、PO_4~(3-)和H~+的溶出速率及浓度,MKPC系统内部水化反应速率降低,凝结时间延长,流动度增大,水化放热和水化温升变得更加平缓,在水化早期,MKPC的硬化体强度随NS掺量增加略有降低。在一定的NS掺量(≤4%)内,MKPC水化产物的结晶度提高,后期强度稳定增长,掺有2%NS的MKPC的28d强度将高于基准组。     

一种新型三元体系磷酸钙骨水泥的制备与性能优化

制备了一种新型磷酸氢钙-部分结晶磷酸钙-磷酸四钙三元体系骨水泥,采用正交试验优化骨水泥组分以提高材料的性能。通过力学性能测试、X射线衍射分析、扫描电镜观察以及反应过程水化放热测定,对比研究了所制备的三元体系骨水泥材料的水化过程和物相组成。结果表明所添加活性磷酸四钙参与水化反应较慢,延长了骨水泥的凝结时间,拓展了后期水化效应,使得反应后期水化进程得以延续,硬化体更加密实,孔隙率降低,抗压强度增加50%;同时反应放热峰值显著降低40%,水化过程总放热量基本不变,有利于骨水泥在临床应用。     

高温堵漏剂的微观结构与堵漏机理

利用XRD、TG和SEM-EDS对XAN-RC高温堵漏剂在模拟实际作业环境的高温高压条件下水化的水化产物和硬化浆体微观结构进行了分析,对其高温堵漏机理进行了讨论.在高温高压条件下,除普通的硅酸盐水泥的水化反应外,XAN-RC高温堵漏剂中还存在硅质或硅铝质抗高温添加剂与硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2之间的二次水化反应.初始水化生成的水化硅酸钙凝胶并不能转化为纤维状晶体;只有二次水化反应才能生成纤维状晶体,从而形成致密浆体,大幅度提高其高温粘结强度.     

EVA乳液对磷酸镁水泥性能的影响研究

选择原材料是改善磷酸镁水泥性能的重要方法,为扩大磷酸镁水泥的应用范围,对EVA乳液改性磷酸镁水泥进行研究,结果表明,EVA乳液的掺加对磷酸镁水泥的凝结时间与流动性影响小;磷酸镁水泥的抗压与抗折强度均随着EVA乳液掺量的增大,表现出先提高后降低的趋势,但存在不同的适宜掺量;EVA乳液显著增大磷酸镁水泥的粘结强度与断裂能;微观分析表明EVA乳液不改变磷酸镁水泥水化产物类型,但改变水化反应速度,影响水化产物形貌,其中MgNH4PO4·6H2O主要以柱状存在,并且结构更加致密。     

碱式硫酸镁水泥水化规律研究

利用水化热测定仪、XRD、红外、pH值跟踪等测试手段研究了碱式硫酸镁水泥的水化规律,研究表明碱式硫酸镁水泥的水化历程分为诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期。外加剂的加入,使活性氧化镁表面形成稳定的有机镁络合层,而延长了诱导期。有机镁络合层的形成,抑制氢氧化镁的生成,而促进5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O相的形成。此外,研究了碱式硫酸镁水泥粉料存放时间和原料配比对水泥水化、凝结时间和抗压强度影响。研究表明,水泥存放时间越长,水化诱导期越长,凝结时间越长,早期强度降低。水泥粉料中活性氧化镁含量越高,水化放热量越高,强度越高,水泥胶砂的流动性越低。