重要事件

磷酸盐水泥_图

2020-07-11 16:10 作者:赢德体育官方网站 点击:

  概述 ? 磷酸盐水泥属于化学结合水泥,也就是以金 属和酸溶液或盐为基本组分通过化学反应 而形成。 磷酸盐水泥可用来制得多种耐热和热稳定 性材料,防腐和电绝缘涂料以及高效能胶 等。某些性能近似于陶瓷材料。 ? 概述 ? 用磷酸盐胶结料制取材料时不需要进行高 温煅烧,这些材料在许多侵蚀性介质中都 是稳定的。 磷酸盐水泥主要包括磷酸铝水泥,磷酸镁 水泥,磷酸铵水泥等。 ? 磷酸镁水泥 ? 磷酸镁水泥快凝快硬,早期强度高,低温凝结 速度快,与旧混凝土的黏结强度高,耐磨性及 抗冻性好,干缩小。适用于,高速公路,机 场跑道,市政干道的快速修补,在军事工 程抢修抢建及有害物质的固化方面也有广 阔的应用前景。 一.研究现状 ? 我国对磷酸镁胶凝材料(Magnesium Phosph- ate Cementitious,简称MPC)的研究要明显迟 于西方国家, 目前的应用也仅限于修补材料, 而其他方面的应用, 如处理有害及放射性废 料、人造板材黏结剂、利用工业废料生产建 筑材料这些方面相对比较少。 二.磷酸镁水泥的制备 ? 磷酸镁水泥是由MgO,磷酸盐,缓凝剂以及矿 物搀和料按一定比例配制而成。 ? 其中氧化镁是由菱镁矿1700℃左右经高温煅 烧而成。 ? 磷酸盐主要为水化反应提供酸性环境和酸 根离子,目前配置磷酸镁水泥多用磷酸二 氢铵。 ? 为使磷酸盐水泥具有充分的施工操作时间, 目前多使用硼酸盐(硼砂)作为磷酸镁水 泥的缓凝剂。 ? 粉煤灰价格低廉,来源广泛,常用做磷酸 镁水泥的矿物搀和料,不仅可以降低成本, 还可以调整磷酸镁水泥的颜色以及改善磷 酸镁水泥的性能。 三.磷酸镁水泥的水化机理 ? 磷酸镁水泥的水化实质上是一个以酸碱中和 反应为基础的放热反应。 磷酸镁的水化反应机理有局部化学反应机理 (topochemical mechanism)和溶液扩散机 理(through-solution mechanism)两种解释。 但目前大多数学者赞同溶液扩散机理。 ? 按照溶液扩散机理,磷酸镁水泥水化反应过 程可概括为: ⑴磷酸镁水泥与水混合后,硼砂与磷酸盐的阴, 阳离子迅速溶解于水,相比之下,MgO的 溶解要慢得多。 ⑵由缓凝剂硼砂溶解生成的B4O72-离子迅速吸 附到MgO颗粒表面,形成一层以B4O7 2-和 Mg2+为主的水化产物层,阻碍了MgO的溶 解以及NH4+和H2PO4-离子与MgO颗粒的接 触,达到缓凝目的。 ⑶磷酸盐的离子逐渐渗入并透过阻碍层,与 MgO 颗粒表面接触,加快水化速率,形成 越来越多的磷酸盐水化物。随着磷酸盐水 化产物的不断形成,由于体积膨胀,使阻 碍层胀破,导致大量磷酸盐离子与MgO颗 粒接触,迅速形成大量的磷酸盐水化产物。 ⑷随着磷酸盐水化产物的不断增多和向外生 长,各个MgO颗粒及其他填料(如粉煤灰) 表面包裹的水化产物相互结合成一个整体, 从而使磷酸镁水泥达到硬化。 注:如果磷酸镁水泥中没有硼砂等缓凝剂 的存 在,Mg2+和磷酸二氢铵溶解产生 的 NH4+,H2PO42-和PO43-就会迅速反应 生成磷酸盐水化物,磷酸镁水泥则表现 出凝结时间过快而不利于成型的特性。 四.影响磷酸镁水泥凝结的因素 ? 磷酸镁水泥的水化速度非常快,特别适合于 工程的快速修补。但是如果水泥的水化速度 过快,不仅会造成成型不便,而且还会影响 到试件的最终强度和其他性能。因此,对磷 酸镁水泥缓凝措施的研究一直是研究者所关 注的重点。影响磷酸镁水泥凝结速度的因素 主要有:MgO的活性及比表面积,缓凝剂 的种类及数量,环境温度及试件大小等。 ? 磷酸镁水泥所使用的MgO一般是碳酸镁经1000℃以 上的高温(通常是1700 ℃ )煅烧而成,其活性要比 1000℃以下煅烧生成的MgO活性低许多,起到了降 低水化反应速度的作用; ? 磷酸镁水泥的水化速度还会随MgO的比表面积的增 大而迅速加快。在其他条件相同的情况下MgO比表 面积在2340㎝2/g时,磷酸镁水泥的凝结时间越为 9min;当MgO的比表面积为3130 ㎝2/g时,磷酸镁 水泥的凝结时间为3.5min;当MgO的比表面积为7380 ㎝2/g时,磷酸镁水泥因为凝结速度过快而无法成 型。 缓凝剂 ? 硼砂是一种非常有效的磷酸镁水泥缓凝剂, 随着硼砂掺量的增加,磷酸镁水泥的凝结 时间会明显延长,施工操作性能显著提高。 但是应当注意的是,硼砂和其他的缓凝剂 一样,其缓凝效果往往是以牺牲磷酸镁水 泥的早期强度为代价。 其他缓凝措施 ? 降低磷酸镁水泥的水化速度还可以通过降低 反应温度,如用冷水成型或在寒区施工来实 现。在同样条件下,大试件的凝结硬化速度 要比小试件的凝结硬化速度快,这主要是由 于磷酸镁水泥的水化反应是放热反应,试件 越大,放热量就越大,从而大大促进磷酸镁 水泥的水化速度。 五.影响磷酸镁水泥强度的因素 ? 磷酸镁水泥的早期强度发展很快,且强度随龄期延 长不断增高,但到7天以后就基本趋于稳定,之后的 强度发展的非常缓慢。 影响磷酸镁水泥强度的因素主要包括以下几个方 面: ? ⑴磷酸盐/氧化镁比值。过大或过小的磷酸盐/氧化 镁比值都会降低磷酸镁水泥的强度,其值在1/4到 1/5之间时,磷酸镁水泥的强度最高。 ⑵缓凝剂掺量。随着硼砂缓凝剂掺量的增加, 磷酸镁水泥的强度尤其是早期强度迅速降 低。 ⑶氧化镁细度。氧化镁细度主要对磷酸镁水 泥的早期强度产生影响,随细度的增加, 早期强度增加,但细度对后期强度影响不 大。 ⑷用水量。W/固的增加会使强度迅速下降。 ⑸矿物掺和料。粉煤灰虽然会造成早期强度 降低,但合适的掺量对后期强度还有提高 的效果。 ⑹环境。温度的增加可提高MPC水泥的早 期强度,但对后期强度影响不大,过高的 温度反而不利于磷酸镁水泥强度的发展。 另外,在干燥空气养护条件下的强度发展 要比在水中养护条件好。 六.磷酸镁水泥研究应用中亟需解决的问题 ? 虽然磷酸镁水泥具有诸多优良性能,但其广泛应 用特别是作为建筑材料,还需要进一步深入的研 究。作为一种新型的胶凝材料,目前对其化学 组成和力学性能还缺乏深入的理论研究,如有 关材料的缓凝机理,水化机理及界面结构的研 究还存在一定的争议;对材料的耐久性研究及 与该材料相对应的施工技术,施工工艺研究还 十分缺乏。 ? 由于担心磷酸镁水泥材料长期与水接触时会发 生强度倒缩,故现阶段该材料只作为快硬修补 材料使用,还未见用于结构工程或诸如海港码 头,海洋建筑等长期与水接触的工程。虽然有 研究指出磷酸镁水泥材料长期泡水后强度倒缩 程度并不严重,对于道路,机场跑道,高速公 路,桥梁等结构的修补由于不会长期浸泡在水 中,使用磷酸镁水泥没有任何问题。但对于结 构工程和长期与水接触的工程的应用还是要谨 慎。因此,很有必要对磷酸镁水泥强度倒缩机 理及减少强度倒缩的措施进行详细系统的研究。 ? 目前生产磷酸镁水泥所使用的磷酸盐原料主要是 磷酸二氢铵(NH4H2PO4),其在施工过程及水化 过程中都会放出氨气。氨气的大量放出不仅会刺 激人们的感官,还会对人体器官造成损害。因此, 可以考虑选择其他酸和磷酸盐代替磷酸二氢铵来 生产磷酸镁水泥,使其既能提供酸碱反应的酸性 离子,在反应过程中又不会放出氨气。实验发现 确实可以使用其他磷酸盐代替磷酸二氢铵来生产 磷酸镁水泥,只是这些磷酸盐会造成磷酸镁水泥 早期强度及其他性能的下降。 ? 另外,修补材料与旧混凝土材料间的相容 性是决定最终修补质量的关键因素之一。 因此有必要对磷酸镁水泥修补材料与旧混 凝土间的界面黏结,收缩及膨胀,弹性模 量及耐化学侵蚀方面展开研究。同时还应 加强对磷酸镁水泥的大规模工业生产,材 料组成,结构与性能之间的关系及随时间 长期变化的规律以及大规模施工应用的研 究。 ? 虽然同有机修复材料(如环氧树脂)相比, 磷酸镁水泥修补材料的成本不算高,但同 无机修补材料(如快硬硫铝酸盐水泥)相 比,磷酸镁水泥修补材料的成本仍显偏高, 这限制了其在国内的推广使用。对矿物搀 和料及低品质,低成本磷酸盐在磷酸镁水 泥中应用的研究也是一个重要方向。 磷酸铝水泥 概述 ? 磷酸铝水泥主要用于制备耐高温材料,特别 是磷酸盐耐火混凝土。其热稳定性好,耐 磨,抗压强度高,抗熔渣侵蚀性和抗冲击 性能好,但是成本比较高。 磷酸铝水泥 原料: ? 制造磷酸铝水泥时一般利用氢氧化铝,未 煅烧和煅烧过的氧化铝,人造氧化铝等作 为原料。 磷酸铝水泥 ? 在耐火混凝土方面的应用 ? 制作耐火混凝土常用的配合比是:耐火粉料30℅~ 40℅,耐火集料60℅~70℅,外加11℅~14℅的磷酸 铝溶液和2℅~3℅的高铝水泥作促凝剂。粉料要通 过0.08mm方孔筛,集料粒径小于15mm。最常用 的集料为高铝质和耐火黏土质集料。磷酸铝的制 备采用磷酸溶液(浓度50℅):Al(OH)3 =7:1。 磷酸铝水泥 ? 制备混凝土时,先将粉料和集料拌和均匀,最后 加入3/5的胶结剂进行搅拌,并静置一段时间,使 集料和粉料中夹杂的金属铁等杂质与胶结剂充分 反应,排除氢气,以避免混凝土成型后产生膨胀 和结构疏松。然后加入促进剂拌和均匀,再加入 剩余的胶结剂并拌和均匀,最后浇注成型,一天 后拆模,在空气中养护3天后使用。 磷酸铝及磷酸铝耐火混凝土的性能见书上320页。 ? 磷酸铵水泥 定义 ? 用剂,胶结其他金属氧化物而磷酸铵作为 黏结制成的水泥称为磷酸铵水泥。 磷酸铵水泥的制备 以MgO-NH4H2PO4系统为基础,按不同配 方设计的混凝土可以修补道路。例如, Limes和Russel提出的配方中,认为最好是含 有10℅~50℅氧化镁的集料和磷酸铵溶液想 混合。磷酸铵中含有38℅的偏磷酸盐,48℅ 的焦磷酸盐,10℅的三聚磷酸盐,3℅的四 聚磷酸盐和1℅的高聚磷酸盐。磷酸 磷酸铵水泥的制备 ? 铵溶液约含有10℅的液态铵,34℅的P2O5和 50℅的水。典型的配方是22份磷酸盐溶液与 100分集料相混合。 磷酸铵水泥使用特性见书上332页。 ? 总结 ? 磷酸盐水泥作为一种新型的胶凝材料,其 生产工艺,水化机理及水化产物都不同于 传统的硅酸盐水泥,也决定了其一些性能 不同于传统的硅酸盐水泥。磷酸盐水泥优 良的性能使其在建筑和其他领域具有广阔 的应用前景。但相对于传统的普通硅酸盐 而言,磷酸盐水泥的研究与应用尚属于初 步阶段,还需加强对其,水化机理,制备 工艺,改性技术及应用开发的研究。 Thank You!

赢德体育官方网站

返回

网站地图

Copyright©赢德体育官方网站    技术支持:华润水泥控股有限公司