[發明專利]一種無緩凝劑的新型磷酸鎂水泥

在審

• 申請號: 201711089392.3
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107721222A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 關巖;畢萬利;孫美碩;李想;劉寧
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C04B12/02
• 分類號: C04B12/02
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及建筑材料領域，具體的說，涉及為一種適合于快速修補或封固具有放射性的固體物質的新型磷酸鎂水泥材料。

背景技術

磷酸鎂水泥具有快凝快硬，早期強度高，低溫凝結速度快，與舊混凝土的粘接強度高，抗凍性及耐磨性好，干縮小等突出性能，因此，它非常適用于高速公路、飛機跑道、市政主干道的快速修補和建筑材料、建筑裝飾制品、補牙材料、特種模具、廢物固化等方面。普通磷酸鎂水泥普遍是由重燒氧化鎂粉、酸式磷酸鹽及緩凝劑按照一定比例混合制成。磷酸鎂水泥的水化機理實質是一個酸堿中和放熱反應，反應后形成類似于鳥糞石的空間晶體結構，剩余的重燒氧化鎂粉填充在結構空隙中起到骨架支撐的作用。其中重燒氧化鎂粉要由高品位的菱鎂礦(氧化鎂含量在45％以上)在1000℃左右輕燒壓球后，再于1700℃以上長時間煅燒，制成燒結氧化鎂球，再經粗破、中破、細磨而成，對原料純度要求高，工藝過程復雜，能耗高，造價高，也大量消耗珍貴的優質菱鎂礦資源。另一方面，由于磷酸鎂水泥中酸堿反應過快，造成了其硬化速度過快，無法適應現場施工，因此需要加入一定量的緩凝劑進行緩凝，通常使用的緩凝劑為化學純的硼酸、硼砂等試劑，但其并不參加酸堿反應，只起到阻礙氧化鎂與磷酸二氫鹽反應，根據其加入量的多少來調節磷酸鎂水泥的凝結時間。多年來，針對磷酸鎂水泥中重燒氧化鎂粉與磷酸二氫鉀的比例配置、硼砂的加入量以及各種原料的細度等影響開展了大量的研究，最終得出的結論為磷酸鎂水泥原料中必須使用重燒氧化鎂粉以及5～10％硼砂做為緩凝劑才能獲得具有一定施工性能的水泥，但硼砂與硼酸的價格較貴，顯著提高了磷酸鎂水泥的應用成本。如果利用廢渣或副產品開發磷酸鎂水泥材料，將進一步降低成本，有利于節能降耗、降低成本，實現資源的循環與綜合利用，前景非常廣闊。磷酸鎂水泥之所以使用重燒氧化鎂作為主要原料，是因為菱鎂礦在煅燒溫度1700℃以上時，方鎂石晶體發育完整，在填充空隙時起到提高強度的作用，但重燒后的氧化鎂粉活性很低，因此其硬化速度很快。而普通輕燒氧化鎂粉由于燒結溫度低于1000℃，方鎂石晶體發育不完整，活較性高，極易與水反應生成氫氧化鎂膠狀物，使磷酸鎂水泥硬化速度緩慢而且強度極低，后期使用過程中氫氧化鎂分解，造成體積變化，導致修補處開裂等問題。因此，如何在較低燒結溫度下獲得燒結程度高，晶體發育好，活性適中的氧化鎂粉成為降低磷酸鎂水泥成本的重要研究方向之一。目前，氧化鎂燒結致密化的研究主要集中在添加適量的燒結劑，并采用不同的方法進行煅燒，以達到致密化的效果。其中，氧化鎂液相燒結中添加劑與氧化鎂或添加劑本身在燒結溫度下就是液相，如B₂O₃、LiCl等，添加劑與燒結物形成固溶體時，使晶格畸變而得到活化，進而使燒結溫度降低。同時，生成的玻璃相流動到晶界間，原子通過液體擴散輸送，擴散系數增大，使燒結速率加快。而我們使用的工業廢棄物，硼泥中含有5％～6％的B₂O₃，30％～35％的MgO，都可以作為磷酸鎂水泥的原料而引入，因此將其作為氧化鎂燒結添加劑具有較強的可行性。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN201710600495.5，公開日：

2017.09.15，記載了一種無需緩凝劑的高耐水性磷酸鎂水泥，主要原材料為鎂粉，磷酸氫二鹽和硅灰。制備步驟如下：將燒結氧化鎂與硅灰混合并攪拌均勻，加入已事先溶于水的磷酸氫二鹽溶液得到無需緩凝劑的高耐水性磷酸鎂水泥。具有高強度(28d抗壓強度不低于100MPa)，凝結時間較長(初凝時間不低于30min)，耐水性好(56d強度保留率可達到95％以上)的特點。該發明中使用的燒結氧化鎂粉仍然是重燒氧化鎂粉，需要高品位的菱鎂礦原料，而且燒結溫度達到1700℃以上，成本仍舊較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種無緩凝劑的新型磷酸鎂水泥，凝結時間可控，流動度好，抗壓強度大。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種無緩凝劑的新型磷酸鎂水泥，各組分及其重量份比為：合成輕燒硼鎂粉55～65份；酸式磷酸鹽18～22份；增強材料15％～25份。

所述的合成輕燒硼鎂粉為低品位菱鎂礦粉與硼泥按比例混合，于1200～1250℃下保溫3～4小時，冷卻至室溫并磨細至200目以下；低品位菱鎂礦粉與硼泥重量比為：92～95:8～10，低品位菱鎂礦粉為氧化鎂含量小于41％，粒度在200目以下，硼泥為生產硼酸、硼砂產品的廢渣，粒度為325目以下。

所述的酸式磷酸鹽為工業級磷酸二氫鉀，磷酸二氫鉀含量為大于等于95％。