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。     

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)。     

粉煤灰改性磷酸镁水泥性能及机理分析

以粉煤灰、MgO和KH₂PO₄为原料制备磷酸镁水泥(MPC)。测定MPC在不同粉煤灰掺量下的抗压强度、抗折强度、凝结时间、孔隙率,并分析其微观结构。研究结果表明：MPC抗压强度随粉煤灰掺量的增加先升高后降低,掺量为20%时强度最大为34 MPa,抗折强度随粉煤灰掺量的增加而降低,韧性随粉煤灰掺量的增加而降低;粉煤灰改善了MPC孔结构,粉煤灰掺量为40%时MPC孔隙率降低了67.2%;粉煤灰延长了MPC凝结时间,粉煤灰掺量为40%时MPC凝结时间延长至13.7 min;随着粉煤灰掺量的增加水化产物MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成量先增多后减少,粉煤灰掺量20%时MKP生成量最大。粉煤灰对MPC强度的影响主要取决于MKP生成量。     

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。     

磷酸镁水泥水化热的影响因素研究

采用八通道微量热仪研究了不同m(M)/m(P)(氧化镁和磷酸二氢钾质量比)比值、水胶比(W/B)、硼砂掺量、粉煤灰掺量和磷酸盐种类对磷酸镁水泥水化热的影响规律。实验结果表明,磷酸镁水泥的水化存在吸热和放热两个过程,包含一个吸热谷和两个放热峰,吸热谷产生于磷酸盐的溶解,放热峰与氧化镁溶于酸性溶液及产物的形成有关;提高m(M)/m(P)比值、水胶比、硼砂掺量和粉煤灰掺量都会降低磷酸镁水泥水化的放热速率和放热量;以磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾为磷酸盐所制备的磷酸镁水泥的水化放热峰峰值和放热量分别达到了0.430714,0.145677,0.194626 W和1198.949,452.798,902.872J,表明了磷酸盐种类对磷酸镁水泥水化热和放热速率有显著的影响,这与三者的溶解度和pH值有关。     

膨润土对磷酸镁水泥性能的影响

采用膨润土等量取代磷酸镁水泥的方法,研究了膨润土对磷酸镁水泥流动度、凝结时间、强度、水化热和早期收缩的影响,并对水化产物进行了分析与讨论。结果表明,膨润土降低了磷酸镁水泥的流动度、凝结时间和强度,为保证施工的可操作性,其掺量应控制在10%以内;膨润土有效降低了磷酸镁水泥的放热速率和放热量,减少了其早期收缩;掺有膨润土的磷酸镁水泥的水化产物中存在膨润土的主要成分蒙脱石和石英;膨润土影响了磷酸镁水泥的水化过程、水化产物的数量及其结晶程度。     

MgO晶须增强磷酸镁水泥力学性能的研究

MgO 晶须弹性模量高,长径比大,掺加到磷酸镁水泥(MPC)中可以产生增强增韧作用。研究了水料比、缓凝剂掺量不同时 MgO 晶须对 MPC 力学性能的影响,采用 SEM 和重量法研究了 MgO 晶须在 MPC 中的分布及水化,分析了 MgO 晶须增强 MPC 的机理。结果表明,掺加3%~5%的 MgO 晶须使 MPC 在水料比和缓凝剂掺量较高时获得良好的早期强度;MgO 晶须在 MPC 中搭接形成网络结构,并通过晶须桥联、裂缝偏转等作用,使 MPC 的早期力学性能显著增强;MgO 晶须参与水化,提高了晶须与 MPC 基体的握裹力和相容性;随着龄期延长,晶须水化程度加深,使 MPC 基体更加致密,后期抗压强度增长明显,但晶须的桥联作用逐渐减弱,MPC 的后期抗折强度增长幅度较小。     

磷酸镁水泥增韧改性研究进展

磷酸镁水泥(MPC)具有快凝快硬、早期强度高、流动性好等优点,但突出的高脆性问题严重限制了它的工程应用。综合国内外磷酸镁水泥韧性改善的研究进展,对比分析磷酸镁水泥主要增韧改性方式聚合物乳液、短切纤维和纤维织物对磷酸镁水泥的增韧改性效果。聚合物乳液掺量较高时可改善MPC的变形、抗裂能力,但是会导致MPC早期工作性能和强度降低,限制了聚合物乳液在MPC增韧改性方向的应用;短切纤维和纤维织物对MPC的粘结性、抗裂性和抗冲击性能均具有较好的改善作用,采用高弹性模量纤维增韧有利于MPC在混凝土道路抢修、混凝土结构快速修补、隧道用喷射混凝土等方向的应用。     

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。     

不同环境条件下磷酸镁水泥对硝酸铅的固化

在不同pH值、碳化、氯离子侵蚀条件下,利用磷酸镁水泥对不同掺量的硝酸铅进行固化。研究不同条件下重金属铅的浸出率规律,并对不同掺量的硝酸铅对磷酸镁水泥水化产物种类、水化产物形貌进行了探讨。研究表明,在pH值为2时,铅的浸出率最大,随着pH值增加浸出率降低,但在pH值为12,浸出率又有所升高;在碳化条件下铅的浸出率随养护时间的延长先增加后趋于稳定;在氯离子侵蚀条件下,铅的浸出率随侵蚀时间的延长变化不明显。     

磷酸镁水泥水化热研究进展

磷酸镁水泥(MPC)作为一种新型化学胶凝材料,具有快硬早强、耐磨耐高温等优良特性,但其过快的凝结速度以及过高的水化热对其实际应用产生不利影响。综述了磷酸镁水泥水化机理,水化热对磷酸镁水泥性能影响以及磷酸镁水泥水化热的调控研究进展,对现有的水化热调控技术的不足及未来研究方向进行了探讨。     

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。     

碳纤维增强磷酸镁水泥砂浆的力学性能研究

改善磷酸镁水泥砂浆(MPCM)的韧性有利于促进其在混凝土结构加固和修复领域的应用。为了增强MPCM的韧性,对比研究了未处理和硝酸预处理碳纤维对MPCM力学性能的影响,分析了碳纤维增韧MPCM的机制。结果表明,当碳纤维质量掺量为0.4%时,MPCM 7d抗折强度增大44.5%;3~6mm碳纤维有利于提高MPCM的抗压强度,而6~10mm碳纤维更有利于提高MPCM的抗折强度;未处理碳纤维与磷酸镁水泥(MPC)水化产物之间为物理作用,碳纤维未能充分发挥增韧效果;在40~60℃、浓度68%的硝酸中浸泡30~60min有利于改善碳纤维与MPC水化产物的界面粘结,使预处理后的碳纤维和MPC水化产物产生嵌合作用,显著增强了MPCM的力学性能和韧性。     

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。     

m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩的影响及机理研究

研究了m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩行为的影响,采用温度记录仪、压汞仪、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等分析手段探讨了m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩的作用机理。结果表明,随着m(M)/m(P)比值的增大,磷酸镁水泥水化初期的膨胀量以及干燥收缩减小;水化8h左右水泥开始收缩,龄期达到20d左右收缩趋于稳定;磷酸镁水泥收缩量的减少,是由于m(M)/m(P)比值的增大导致磷酸镁水泥水化温度降低,孔隙率增大,水化产物MgKPO_4·6H_2O减少,水化产物结构趋于疏松。     

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.     

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。     

基于热动力学的磷酸镁水泥水化机理

使用等温微量量热仪测试磷酸镁水泥的水化放热行为,基于热动力学方法研究了磷酸镁水泥的水化机理。结果表明:根据各水化阶段不同的主要反应,可将磷酸镁水泥的水化划分为初始期、MgO溶解期、[Mg(H_2O)]_6~(2+)生成期、MKP加速生成期、MKP减速生成期和稳定期。磷酸镁水泥的水化需要酸性环境激发,随着水化反应的进行水化体系中的H~+逐渐消耗,MgO的微溶和水解使水化中后期的水化体系向碱性环境变化。水化的早期产物MKP晶体快速生长并搭接构成磷酸镁水泥整体结构的框架,磷酸镁水泥的抗压强度快速提高。水化8 h后MKP生成量增长的幅度下降,磷酸镁水泥抗压强度的提高主要源于MKP晶体的联结。     

超高性能磷酸镁水泥混凝土的制备和力学性能研究

磷酸镁水泥(MPC)凝结硬化速度快,早期强度高,采用MPC作为胶凝材料,有利于在无养护条件下制备出具有高早强特征的超高性能磷酸镁水泥混凝土(UHPMPCC)。研究了钢纤维掺量和长径比等参数对UHPMPCC物理力学性能的影响,分析了UHPMPCC中钢纤维的增强机制和影响规律。结果表明25 mm钢纤维有利于提高早期抗压强度,而13 mm钢纤维更有利于提高长期力学性能;13 mm钢纤维的掺量2.5%(体积分数)时,无养护的UHPMPCC6h抗压强度和抗折强度超过60和25 MPa, 28 d抗压强度和抗折强度超过120和38 MPa。MPC浆体早期呈酸性,使钢纤维表面产生刻蚀,鸟粪石嵌入钢纤维中,增强MPC基体和钢纤维的界面粘结,有助于提高UHPMPCC的抗弯强度。     

CNT-CF水泥基材料传感特性研究

将碳纳米管与碳纤维混杂掺入水泥基材料制备碳纳米管-碳纤维(CNT-CF)水泥基材料,并研究其温敏和压敏传感特性。结果表明,当碳纳米管掺量较低时(0.5%),碳纳米管能有效提高CNT-CF水泥基材料的温敏和压敏特性;CNT-CF水泥基材料的活化能、温敏系数以及压敏传感线性程度和重复度均随碳纳米管掺量增加而提高;随着碳纳米管掺量继续增加,CNT-CF水泥基材料各项传感性能均有所下降。碳纳米管掺量为0.5%的试样传感特性最优。利用CNT-CF水泥基材料开发水泥基温敏、压敏传感器有一定应用前景。