文档介绍：磷酸镁水泥研究进展
摘 要:磷酸镁水泥(MPC)是由过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂以及其他一些改性材料组成的无机胶凝材料。相比较普通硅酸盐水泥,MPC具有水化速度快、早期强度高、粘结性好、收缩小、耐磨及抗冻性好等优点。该文主要介绍O4·6H2O (4)
有学者认为磷酸铵镁水泥与磷酸钾镁水泥性能相似,主要水化产物都是鸟粪石结构,只是K+取代了NH4+的位置[10]。有人采用磷酸二氢钠配制MPC,但硬化后强度低于磷酸二氢铵与磷酸二氢钾所制备的MPC,且水化产物类型尚不明确,多为非晶态形式,其结构为NaMgPO4·nH2O[11]。
2 磷酸镁水泥的改性研究
磷酸镁水泥由于其凝结速度快、早期强度高等一系列优异的性能在快速抢修等工程项目中具有广泛的应用。但是,凝结速度过快、流动度差等因素也会影响施工,来不及成型。同时磷酸镁水泥的韧性、粘结性能以及其他一些耐久性能也需要进一步研究。对磷酸镁水泥的改性也在不断探索,常见的改性方法包括矿物掺合料改性、高分子改性、纤维改性。
矿物掺合料改性
大量研究表明,矿物掺合料作为磷酸盐水泥的改性材料,能够提高浆体的流动度,延长凝结时间,并能改善抗压强度及耐久性等性能。吴丽容[12]研究了粉煤灰的掺量对磷酸镁水泥性能的影响,结果表明掺入40%的粉煤灰,不仅可以提高MPC浆体的流动度、抗压强度,改善耐磨性,且修补后的路面与普通混凝土无明显色差。李悦等人[13]研究了钢渣对MPC性能的影响。结果表明钢渣作为一种惰性填充材料,且MPC的抗压强度随着掺量的增加呈现先增加后减少的趋势。吕子龙等人[14]的研究表明偏高岭土的掺入将会缩短MPC的凝结时间,提高MPC浆体的抗压强度。陈镇杉等人[15]研究了加气混凝土废渣对MPC性能的影响,结果表明随着废渣粒径的减少,MPC浆体的抗压强度增加,,4h抗压强度随废渣的掺量的增加呈现先降低后增加的趋势。 高分子改性
高分子改性是指将高分子聚合物加入到磷酸镁水泥中,利用其与水泥水化产物形成一种具有粘弹性以及纤维薄膜状的网结构,从而改善磷酸镁水泥的韧性及粘结性能。黄煜镔等人[16]利用EVA乳液对磷酸镁水泥进行增韧改性,发现随着EVA乳液掺量的增加,磷酸镁水泥抗折强度表现出先增长后降低的趋势。黄煜镔等人[17]分别利用聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液与丁苯乳液对磷酸镁水泥进行改性,发现聚丙烯酸酯乳液对提高磷酸镁水泥的折压比与断裂能效果最好。陈兵等人[18]利用粉煤灰、微硅粉和可分散乳胶粉对磷酸镁水泥进行改性,结果发现可分散性乳胶粉可以显著提高磷酸镁水泥的韧性和粘结强度。
纤维改性
纤维改性是指在磷酸镁水泥中添加适量的纤维,起到增韧的作用。其机理在于,当水泥基体在受到外加荷载时,纤维可以吸收一部分能量,降低基体所受载荷,阻碍基体中微裂纹的扩展。[19]研究发现粉煤灰和造纸废渣等固体废弃物中残留的木质纤维,能够提高磷酸镁水泥的体积稳定性及粘结性能。裴晓峰等人[20]研究了在磷酸镁水泥中分别掺入玄武岩纤维布、碳纤维布和玻璃纤维布对砂浆试件的抗弯性能的影响,发现掺入碳纤维布可以显著提高砂浆的抗弯强度。杨全兵等人[21]研究了PP纤维体积掺量0%~2%范围内对磷酸镁水泥性能的影响,表明,随着纤维掺量的增加,磷酸镁水泥砂浆流动度逐渐降低,抗折强度逐渐增加。张文生等人[22]研究发现掺入短切碳纤维与短切玻璃纤维可以明显的增强磷酸盐水泥的抗折强度,试样的粘结性能增加。Dai等人[23]利用碳纤维布来改性磷酸镁水泥、氯氧镁水泥、地聚合物水泥和聚合物砂浆,结果表明碳纤维布对磷酸镁水泥加固效果最好。
3 磷酸镁水泥的应用研究
修补材料
MPC与普通硅酸盐水泥相比,具有低温环境水化速度快、早期强度高、体积稳定性好,与被修补材料之间具有良好的界面粘结强度及变形性能匹配的特点,使其不仅在国防工程、机场等重要工程设施的抢修方面具有重要的应用价值,而且对于高速公路、市政主干道等工程的快速修补也有着巨大的应用价值。
放射性废物固化
传统的水泥固化放射性废物的技术主要是用普通硅酸盐水泥和高铝水泥,但是这种处理方法存在水灰比高、固化凝结时间慢及养护时间较长、核素浸出率高,核固化体强度低等问题,而采用磷酸镁水泥对放射性废物的固化效果更为显著。Wagh等人[24]通过Ce模拟Pu,研究磷酸镁水泥对含Pu放射性废物的固化效果,发现磷酸镁水泥可以通过将Pu3+转化为Pu4+的方法降低Pu3+溶解度,从而提高固化能力。Langton等人[25]研究了磷酸镁水泥对含Cs的钛酸硅离子交换材料的固化效果,结果表明,磷酸镁水泥的包容量可达