一种凝结时间可调性强的磷酸镁水泥制造技术

本发明专利技术涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥。本发明专利技术所述水泥由如下重量份的原料组成：改性镁基物50-100份，酸性组分15-30份，减水型缓凝剂6-12份，金属离子螯合剂6-12份，超细惰性粉料20-40份，膨胀组分0.5-1.5份，憎水型胶粉0.5-2份，触变润滑剂0.5-2份。本发明专利技术还提供了所述水泥的制备方法。本发明专利技术得到的磷酸镁水泥具有凝结时间可控性强、施工性能好、早强、高强、粘结强度高、耐久性好、护筋性强、耐老化性好的特点。耐老化性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种凝结时间可调性强的磷酸镁水泥


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥。

技术介绍

[0002]磷酸镁水泥具有早强快硬、粘结强度高以及体积稳定性好等优异性能，已经在混凝土快速修补与加固领域得到良好应用，同时在生物假体、危险废物的固化处理等方面也展现出广泛的应用前景。
[0003]但磷酸镁水泥目前存在的一个问题是凝结速度快，其水化过程属于酸碱中和反应，反应过程中会放出大量的热量进一步加速反应的进行。为减缓磷酸镁水泥的反应速度，目前采取的措施有以下几种：首先，加入缓凝剂来控制磷酸镁水泥的反应速度，常见的缓凝剂有硼砂、硼酸等，如专利 CN 108249795 A公开了一种磷酸镁水泥，其主要配料是氧化镁混合物、磷酸二氢盐、缓凝剂，此技术使用硼砂和硼酸作为缓凝剂，但是硼砂和硼酸的缓凝作用是有限的，尤其在磷酸镁水泥使用环境温度较高时即使使用缓凝剂其凝结时间基本上也都在10min之内，而若通过掺加更多的缓凝剂则又会影响磷酸镁水泥的强度。除此之外，也有专利通过对磷酸镁水泥改性的方法，增加缓凝剂的缓凝作用，专利CN 105731991 A公开了一种改性磷酸镁水泥及其制备方法，其主要配料是磷酸镁水泥、石膏、粉煤灰、醚化醇类改性剂、缓凝剂等，通过对磷酸镁水泥进行球磨改性，以增加缓凝剂在磷酸镁颗粒表面的吸附性从而增强缓凝效果，此技术有一定效果，但是球磨工艺复杂，不适合工业化大规模生产。专利 CN 103332960 A 公开了一种控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程的方法，主要通过提高缓凝剂的用量，比如硼砂掺量最高增加到水泥的30%，来延缓磷酸镁水泥体系的凝结时间，浇注后再进行高温养护的方式促进磷酸镁水泥的凝结固化，此方法增加了作业成本、工程可操控性差。
[0004]其次，通过掺加相变吸热材料，如专利 105645914 A公开了一种掺加相变材料的磷酸镁水泥，其主要配料是磷酸镁水泥、石膏、粉煤灰、相变组分，此技术利用相变组分失去结晶水时的吸热作用降低磷酸镁水泥的反应温度，从而降低其水化反应速度，但其缓凝作用同样是有限的，且其相变组分中用了大量的氯化物，这对磷酸镁水泥的护筋性能是不利的，而且引入外来离子不利于磷酸镁水泥后期的耐久性能。
[0005]然后，通过在原料中添加碱性组分，通过消耗浆液中的部分初始氢离子，以提高初始pH来达到缓凝目的，如专利申请CN 102659450 A公开了一种钾基磷酸镁水泥缓凝方法，通过在钾基磷酸镁水泥中加入碱性磷酸盐来调节水泥的凝结时间，但这种通过提高初始pH的方式，会降低氧化镁的溶解程度，严重影响磷酸镁水泥的后期强度，且通过增加磷酸盐的方式会降低磷酸镁水泥后期的耐水性能和体积稳定性能。
[0006]也有部分技术针对原料中的氧化镁本身而言提出缓凝错施，比如使用活性较低的重烧镁，通过调整氧化镁的级配，使用颗粒较大的氧化镁等，如专利 CN 107021728 A公开了一种无机水泥基快速锚固胶粘剂及其制备方法，其主要配料是镁砂、磷酸二氢盐、混合掺合料、无机硼系化合物等；专利CN 108947466 A公开了一种基于磷镁材料的锚杆锚固
剂及其制备方法，其主要配料是磷酸镁水泥、外加剂、掺合料、骨料等，上述两个技术原料中使用的氧化镁原料大多数为菱镁矿（MgCO3）经高温（1500℃以上）煅烧得到的重烧镁砂甚至电熔镁砂，虽然相对轻烧镁来讲活性低，但与磷酸盐反应时的绝对活性仍较高，主要是其表面仍具有较高的表面活性能，因此单纯提高氧化镁的煅烧温度不能够解决根本问题，而如若能够在氧化镁包覆一层阻滞膜则能够很好解决其与磷酸盐接触时反应活性高的问题。综合上述技术可以看出，可通过硼砂或硼酸等缓凝剂改性氧化镁，即通过在氧化镁表面形成一层缓释层，但由于缓释层形成速度慢而且稳定性过低，因此缓凝效果不佳，而掺加过多缓凝剂则造成浆液碱度过高影响氧化镁的溶解，因此影响了磷酸镁水泥后期水化反应；而通过加入相变吸热材料的方法则引入了过多的外源性离子，不利于水泥耐久性能；其他通过物理降温、调整原料粒径和级配等方式不能从根源上解决磷酸镁水泥水化放热快的问题，而且还增加了施工难度。即上述针对磷酸镁水泥所采取的缓凝措施都没有取得明显的效果，或者只注重缓凝效果而影响了磷酸镁水泥的性能。针对上述技术中存在的问题，本专利技术通过对氧化镁表面进行化学改性的方式，使在其表面形成一层阻滞膜，在反应初始阶段能够有效阻止镁离子溶出和磷酸根离子进入，从而降低前期反应速度，延缓磷酸镁水泥的放热速度；并且要求这层阻滞膜在酸性条件下有较低的稳定性，随着反应的进行，阻滞膜慢慢失去作用，不影响后期水化反应的进行。而且我们可以精确控制这层阻滞膜的厚度，来调整它对离子的的阻滞程度，以便更好地调控水化反应速度，调节磷酸镁水泥的凝结时间。其次，本专利技术通过对轻烧氧化镁改性及应用，克服了传统技术中采用重烧氧化镁或者电熔氧化镁作为原料的不足，使得原料获取能耗低更且具有环保性。本专利技术改性过程中不引入外源性离子，因此不会影响磷酸镁水泥的护筋性能和耐久性能。
[0007]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术通过对氧化镁表面进行化学改性的方法制备出一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥。本专利技术以改性镁基物为主要凝胶材料，结合酸性组分为辅助胶凝材料，掺和其他一种或多种外加剂，制备出一种凝结时间可控性强、施工性能好、早强、高强、粘结强度高、耐久性好、护筋性强、耐老化性好的磷酸镁水泥。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术通过对氧化镁表面进行化学改性的方法制备出一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥。本专利技术以改性镁基物为主要凝胶材料，结合酸性组分为辅助胶凝材料，掺和其他一种或多种外加剂，制备出一种凝结时间可控性强、施工性能好、早强、高强、粘结强度高、耐久性好、护筋性强、耐老化性好的磷酸镁水泥。
[0009]本专利技术的目的之一是提供一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥。
[0010]本专利技术的目的之二是提供一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥的制备方法。
[0011]本专利技术的目的之三是提供一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥及其制备方法的应用。
[0012]为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥，所述水泥由如下重量份的原料组成：改性镁基物50-100份，酸性组分15-30份，减水型缓凝剂6-12份，金属离子螯合剂6-12份，超细惰性粉料20-40份，膨胀组分0.5-1.5份，憎水型胶粉0.5-2份，触变润滑剂0.5-2份。
[0013]所述改性镁基物的改性制备方法，包括如下步骤：（1）将磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、三聚磷酸钠、适量水放入容器中，设定温度为50℃，搅拌，再加入轻烧氧化镁，继续搅拌，冷却至室温，出料。
[0014]（2）将出料物置于20~25℃下静置，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，将烘干后的滤渣进行球磨，收集球磨物，即可得到改性镁基物。
[0015]优选的，所述步骤（1）中磷酸二氢铵为工业级，纯度大于98%（质量）。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝结时间可控性强的磷酸镁水泥，其特征在于，所述水泥由如下重量份的原料组成：改性镁基物50-100份，酸性组分15-30份，减水型缓凝剂6-12份，金属离子螯合剂6-12份，超细惰性粉料20-40份，膨胀组分0.5-1.5份，憎水型胶粉0.5-2份，触变润滑剂0.5-2份。2.根据权利要求1所述的凝结时间可控性强的磷酸镁水泥，其特征在于，所述改性镁基物的改性制备方法，包括如下步骤：
①
将磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、三聚磷酸钠、适量水放入容器中，设定温度为50℃，搅拌，再加入轻烧氧化镁，继续搅拌，冷却至室温，出料；
②
将出料物置于20~25℃下静置，过滤，收集滤渣，将滤渣进行烘干，将烘干后的滤渣进行球磨，收集球磨物，即可得到改性镁基物；所述步骤
①
中磷酸二氢铵为工业级，质量纯度大于98%；所述步骤
①
中磷酸二氢钾为工业级，质量纯度大于98%；所述步骤
①
中三聚磷酸钠为工业级，质量纯度大于96%；所述步骤
①
中轻烧氧化镁为菱镁矿在900℃下煅烧得到，细度为50-300目，质量纯度为88%-92%；所述步骤
①
中的磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、三聚磷酸钠、轻烧氧化镁的质量比为1~3:1~3:1:100。3.根据权利要求1所述的凝结时间可控性强的磷酸镁水泥，其特征在于，所述酸性组分由下述重量份数的组分组成：磷酸二氢铵40-60份，磷酸二氢钾40-60份；所述磷酸二氢铵为工业级，质量纯度大于98%；所述磷酸二氢钾为工业级，质量纯度大于98%。4.根据权利要求1所述的凝结时间可控性强的磷酸镁水泥，其特征在于，所述减水型缓凝剂由下述重量份数的组分组成：葡萄糖酸钠40-60份，五水四硼酸钠40-60份；所述葡萄糖酸钠为工业级，质量纯度大于96%；所述五水四硼酸钠为工业级...

【专利技术属性】
技术研发人员：田冬，张霄，张亮亮，王坤，王天奇，马明辉，
申请(专利权)人：山东坊能新动能科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：