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。     

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。     

复合无机水合盐对磷酸镁水泥水化及性能的影响

将三种无机水合盐Na_2B_4O_7·10H_2O、Na_2SO_4·10H_2O和Ca(NO_3)_2·4H_2O按照最优比例(质量比为1.5∶7∶1.5)复掺得到复合无机水合盐FH,比较了单掺硼砂的磷酸钾镁水泥(MKPC)NB10与不同FH掺量下MKPC(FH-MKPC)的工作性能、绝热温升及抗压强度。利用XRD、TG-DSC及SEM等微观分析手段,结合水化放热速率曲线研究了FH对MKPC早期水化历程的影响。结果表明:FH延缓了MKPC的水化,使得水化温升曲线出现诱导期和两个温度峰,水化放热速率和水化温峰值降低。FH的掺入(8%)大幅延长了MKPC的凝结时间,增强了MKPC的施工可操作性。FH掺量越多,MKPC凝结时间不断延长,流动度提高,早期强度降低。FH掺量为8%的FH-MKPC初凝时间达到25.20min,较NB10延长了90.76%,同时水化产物的早期生成量和热稳定性更高,7h、1d和3d抗压强度略高于NB10。为保证MKPC符合施工需要又满足强度要求,FH的最佳掺量为8%。     

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。     

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。     

原料质量配比对盐湖磷酸钾镁水泥性能和微观结构的影响

采用青海盐湖提锂副产品含硼氧化镁(B-MgO)为原料,将其适当处理后与磷酸二氢钾反应,不掺外加剂直接制备出一种盐湖磷酸钾镁水泥(Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)。通过测试该MKPC浆体的凝结时间、水化放热温度和硬化体的抗压强度、孔隙率,分析硬化体的物相组成和微观结构形貌,研究了不同MgO/KH_2PO_4(M/K)质量配比对MKPC水化硬化过程的影响规律。结果表明:M/K质量配比对MKPC的水化放热曲线、抗压强度和孔隙率的影响显著,存在最佳M/K质量配比为1∶1～2∶1,可使MKPC在各龄期的抗压强度值均较高,3 h的最高强度值达到87.2 MPa,并使最高水化放热温度和孔隙率均保持在最佳范围;具有最佳M/K质量配比的MKPC硬化体的水化产物生成量高,晶体生长完好,缺陷少,硬化体有较完善的孔结构。     

三种固废微粉对磷酸钾镁水泥浆体早期性能影响及作用机理

为改善磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的早期性能,并充分利用固废微粉,采用宏观性能测试和微观结构分析相结合的方法,研究了不同掺量的粉煤灰、钢渣和镍渣微粉对磷酸钾镁水泥浆体早期(常温养护24 h)的水化温度、抗压强度和体积变形的影响规律。结果表明:三种固废微粉的掺入,可使复合MKPC浆体的第一水化温度峰值降低3~10 ℃,其中钢渣的掺入效果显著,使其第一峰值出现的时间延迟30 min以上。考虑固废微粉的最大利用率并参照快速修补材料1 d强度不低于42.5 MPa的规定,粉煤灰、钢渣和镍渣微粉的适宜掺量分别为20%、30%和30%。复合MKPC硬化浆体在养护24 h时的体积膨胀率较对比组均有所增加。此外,微观分析表明含固废微粉的MKPC硬化浆体生成晶体的数量增多、尺寸变小且形貌发生改变,结构堆积也明显变得致密。     

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...     

粉煤灰粒径分布对硅酸盐水泥水化性能的影响

为研究粉煤灰粒径对硅酸盐凝胶材料水化性能的影响,经球磨仪研磨得到3种不同粒径的粉煤灰,探讨其对硅酸盐水泥水化放热速率、水化放热总量、水化反应程度和粉煤灰自身水化反应程度的影响。结果表明:随粉煤灰粒径的减小,粉煤灰的水化活性明显增大,水化反应程度增大,养护龄期为7 d时,水化程度增加20.7%;粉煤灰粒径分布对硅酸盐水泥水化放热总量的影响较小,主要影响其水化放热速率、水化反应程度,养护龄期为28 d时,胶凝材料水化程度增加3%。     

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。     

5℃养护下甲酸钙对水泥早期水化的影响

本工作在5℃低温条件下,研究了甲酸钙对砂浆1d、3d、7d、28d抗压强度的影响规律,并分别从水化放热、水化动力学过程、水化产物等角度,分析了低温下甲酸钙对水泥早期水化的影响.结果表明:甲酸钙具有低温早强作用,可促进5℃低温下砂浆早期强度的发展,其强度提高作用时间主要在前3 d,适宜掺量范围为1％～2％.甲酸钙的掺入可促进低温下水泥初期(前7 d)的水化反应,使水泥水化诱导期略有缩短,加速期提前,水化温峰出现时间提前,水化放热速率、放热量均明显增大;掺甲酸钙组分可提高水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散反应(D)各阶段的反应速率,并使相边界反应(I)阶段持续时间延长、水化程度提高.水泥初期(前7 d)水化产物中Ca(OH)2数量增加,但水化产物种类未发生明显变化.     

硅烷偶联剂/偏高岭土基地聚合物水化热及动力学研究

为了研究硅烷偶联剂对偏高岭土基地聚合物水化的影响,通过水化热和水化动力学分析,研究了不同种类及不同掺量的硅烷偶联剂对地聚合物水化进程的影响,并结合SEM-EDS对地聚合物早期水化微观形貌进行分析。结果表明,随着硅烷偶联剂掺量的增加,地聚合物的凝结时间延长。掺入硅烷偶联剂后地聚合物在加速期水化放热加快,进入减速期后未掺硅烷偶联剂的地聚合物的放热速率比掺入硅烷偶联剂的快,此时期硅烷偶联剂抑制地聚合物的水化进程。硅烷偶联剂的掺入对地聚合物的累积水化放热量影响不大,所有试样的累积水化放热量基本相同,相差在2%以内。结合水化动力学参数发现,水化过程大致分为加速期、减速期和稳定期。在加速期,水化反应被化学催化反应控制,掺入硅烷偶联剂的体系会发生强烈的化学反应,水化速率加快;在减速期,水化产物在颗粒表面形成薄膜,反应阻力加大,水化速率减缓;稳定期则由扩散机制控制反应过程。结合SEM-EDS图发现,硅烷偶联剂的掺入未改变地聚合物水化产物的矿物组成,但能起到桥接作用,使地聚合物结构更加致密。     

淀粉基水化温升抑制剂对水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化的影响

本实验主要研究了淀粉基水化温升抑制剂( TRI)对水泥-25%粉煤灰、水泥-50%粉煤灰复合胶凝材料凝结时间、抗压强度、水化放热历程的影响,并与纯水泥进行比较.通过对比TRI在水泥和粉煤灰上的吸附性能和水化产物的变化,对其影响机理进行了分析.结果表明:随TRI掺量增加,凝结时间都延长,早期强度都降低,复合体系后期(60 d)强度存在损失,但不影响纯水泥后期强度,水化放热速率峰值都大幅度降低,缓解了集中放热.水泥对TRI的吸附能力更强,导致复合体系中单位水泥吸附的TRI更多,使得降峰效果更好,同时也导致凝结时间延长更多,增大早期强度损失. TRI不影响纯水泥最终水化程度,但会延缓粉煤灰的火山灰反应,因此降低了复合体系60 d强度.     

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。     

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．     

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。     

掺粉煤灰和不同外加剂对水泥水化放热过程的影响

通过水化热测量研究了掺加缓凝型减水剂、引气剂和粉煤灰对硅酸盐水泥的水化放热过程的影响。结果表明,掺入缓凝型减水剂能不同程度地延缓水泥的水化放热过程,降低水泥的水化热,掺入引气剂对水泥水化放热几乎没有影响,而掺粉煤灰可显著降低水泥水化热。     

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。