[發(fā)明專利]一種快凝水鎂石-磷酸鹽基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010500601.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN111807739A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊全兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B12/02
• 分類號(hào): C04B12/02;C04B28/34;C04B111/72
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發(fā)明涉及一種快凝水鎂石?磷酸鹽基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用，用天然水鎂石礦物來完全替代高溫制備的原材料氧化鎂，以制備一種新型的水鎂石?磷酸鹽基低碳膠凝材料，具體涉及其配方及其制備技術(shù)。本發(fā)明核心內(nèi)容是材料配方，由水鎂石、磷酸二氫銨和硼砂構(gòu)成；本發(fā)明膠凝材料的制備方法為按要求的比例配制后，經(jīng)在混料機(jī)中混合10?30min，即可得到本發(fā)明產(chǎn)品。本發(fā)明膠凝材料加水?dāng)嚢杓纯墒褂茫扑]水膠比為0.12?0.20。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的磷酸鹽膠凝材料性能相當(dāng)，但生產(chǎn)能耗和CO₂排放量更低，且其體系中不含有存在安定性隱患的游離氧化鎂，對(duì)調(diào)控其水化放熱和凝結(jié)時(shí)間也更有利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快凝水鎂石-磷酸鹽基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鎂質(zhì)基水泥，包括磷酸鎂水泥(MPC)、活性氧化鎂水泥、氯氧鎂水泥、硫氧鎂水泥等，被認(rèn)為是最具潛力的低碳建筑材料的候選者之一，其中MPC具有最好的綜合性能。氧化鎂是制備鎂質(zhì)基水泥最主要的原材料，也是其生產(chǎn)能耗和溫室氣體CO₂排放的最大來源。它一般可通過干法，即高溫煅燒菱鎂礦，和濕法，即含鎂鹵水或海水加工，兩種方法來生產(chǎn)，其中以干法為主。氧化鎂的燒成溫度為700-3000℃，其燒成溫度越高，化學(xué)反應(yīng)活性越低，但其制備過程消耗的能源和排放的溫室氣體CO₂也越多。

傳統(tǒng)MPC是通過MgO與可溶性的酸性磷酸鹽反應(yīng)并形成具有膠凝性的磷酸鎂鹽類水化產(chǎn)物而產(chǎn)生膠結(jié)能力的，其中最主要的產(chǎn)物為鳥糞石，也具有更佳的力學(xué)性能。為了便于調(diào)控和延長凝結(jié)硬化時(shí)間，通常采用化學(xué)反應(yīng)活性很低的死燒氧化鎂(1400-2000℃)，或電熔氧化鎂(2800℃)來制備MPC。這表明MPC制備的能耗與CO₂排放量仍較高，且成本高。

因具有優(yōu)異的綜合性能，尤其是凝結(jié)硬化超快、早期強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)和彈性模量與混凝土匹配性好、干縮小等，MPC基材料被廣泛應(yīng)用于高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道、市政道路和橋梁、工業(yè)地坪等土木工程病害的快速搶修，以及有害固體廢棄物的安全處置、骨頭和牙齒的修復(fù)與整形等。為了獲得更良好的力學(xué)性能，以及避免多余的可溶性磷酸鹽析出損害其結(jié)構(gòu)的完整性，并在其表面形成令人討厭的白色鹽斑或析晶，在MPC配比中氧化鎂的用量往往超過其反應(yīng)所需的用量，即在最終硬化的MPC基材料中將存在大量過剩的游離MgO。一旦這些游離MgO與水反應(yīng)形成膨脹性很大的Mg(OH)₂，則將引起MPC基材料開裂和降低修復(fù)材料的耐久性，產(chǎn)生安定性問題。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中，這一隱患經(jīng)常受到現(xiàn)場(chǎng)工程師質(zhì)疑和擔(dān)憂，影響了MPC基材料的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

此外，MPC還有一個(gè)缺點(diǎn)，就是其水化反應(yīng)是一個(gè)快速放熱反應(yīng)過程，水化熱很大，漿體的溫度可在短時(shí)間內(nèi)快速升高甚至超過80℃，這將增加修復(fù)材料內(nèi)部及其粘結(jié)界面的微缺陷，以及修復(fù)材料的脆性和開裂的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低其修復(fù)工程的耐久性，尤其是針對(duì)大體積的修復(fù)工程；當(dāng)用于骨頭和牙齒的修復(fù)時(shí)，溫度過高還會(huì)引起患者的不適。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能耗和CO₂排放較少、耐久性好的快凝水鎂石-磷酸鹽基膠凝材料及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

事實(shí)上，鳥糞石最初是在鳥類大量聚居的島嶼上發(fā)現(xiàn)的，因鳥糞中含有豐厚的氮、磷等元素甚至鳥糞石，這些化學(xué)物質(zhì)也會(huì)與島嶼上的菱鎂礦、水鎂石、白云石等鎂質(zhì)礦物反應(yīng)，繼而形成鳥糞石，并因此而得名。自然界的啟示說明，從理論和技術(shù)角度看，直接利用天然鎂質(zhì)礦物制備MPC是可行的。因此，探尋更低能耗的鎂質(zhì)原材料將對(duì)降低MPC的CO₂排放量和生產(chǎn)成本具有重要的價(jià)值。