磷酸钾镁水泥研究进展.docx

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1、磷酸钾镁水泥研究进展摘要：介绍了磷酸钾镁水泥（MKPO的酸碱反应机理和主要水化产物特性，分析了影响MKPC凝结时间的因素和现有凝结时间调控技术的作用效果，解析了MKPC水稳定性差的原因并提出了改善其水稳定性的措施，列举了现有水稳定性调控技术的作用效果，在此基础上对MKPC急需解决的问题及其应用前景进行了探讨。关键词：磷酸钾镁水泥（MKPC）；酸碱反应机理；凝结时间；水稳定性1、磷酸钾镁水泥的酸碱反应机理MKPC体系的主要水化产物为MgKPOJ6比0,其反应方程可表示如下：MgO+KH2PO4+5H20=MgKPO46H2O（1）MgKPOi6H2O与鸟粪石（StrUVite,MgNH1POi6

2、H2O）有着相似的结构，它们的物理化学性质也相近,其晶体结构是以POi四面体、Mgo-6比0八面体以及K结合而成，MgKPO16出0的结构与鸟粪石相同。以理论计算为基础，再通过X射线、DTA、FTIR、SEM和EDS等一系列分析研究MKPC体系的水化反应过程，丁铸推断MKPC体系的水化反应机理如下：在MgO和KH2PO1与水混合后，KPO迅速溶解形成酸性溶液，使MgO颗粒表面溶解出偿并反应形成MKP水化产物晶体，由于水用量较少，水化反应主要由原地反应过程控制。水化产物最先在MgO颗粒周围形成包裹层，并逐渐向YgO颗粒内层扩展，MgO颗粒的不断溶解使水化体系的碱度迅速提高，当体系的PH大于7后，

3、MKP开始结晶析出，晶体形状为棒状，容易相互搭接成网状结构，浆体凝结，水化产物的不断增多使浆体密实，浆体最终硬化。2、磷酸钾镁水泥凝结时间调控研究丁铸等系统研究了MKPC体系的物理力学性能，证实其凝结快，早期强度高，掺领硼砂的MKPC砂浆的凝结时间仅为9min;掺粉煤灰对MKPC的凝结时间基本没有影响，但掺30%50%的粉煤灰可明显提高MKPC基砂浆的抗压强度。丁铸还研究了常用于MPC的缓凝剂硼砂（NB）、硼酸（B）和聚磷酸钠（ST）对MKPC体系凝结和水化反应速度的影响（图3）,证实ST会适当增加MKPC体系的水化反应速度，这一点与MPC体系有所不同；而NB和BA对新型MKPC体系有缓凝作用

4、，其中BA对MKPC的缓凝作用最好。根据试验和分析结果，丁铸认可了硼酸盐的保护膜作用，并推断BA对MKPC的缓凝作用优于NB是由于NB的PH作用削弱了缓凝效果,但使用缓凝效果较好的BA,掺量达12%时MKPC浆体的终凝时间仍不到25mi11o图3缓凝剂品种和掺量对MKPC净浆凝结时间的影响丁铸等还研究了骨料品种和水灰比对MKPC砂浆性能的影响，证实同MPC体系一样，水灰比对MKPC砂浆的力学性能影响显著，水灰比越大，MKPC砂浆的强度越低，但水灰比对MKPC砂浆的凝结时间基本没有影响。丁铸等的研究还证实环境温度对MKPC基砂浆的凝结时间很敏感，环境温度越低，MKPC基砂浆的凝结时间越长。由于M

5、KPC基砂浆水化时有很高的水化热，使其在低温下仍能进行水化反应和凝结硬化，且强度仍然可以快速发展。3、MKPC的水稳定性调控研究李东旭等过XRD和TG等分析，推断MKPC耐水性差的主要原因是：在水溶液作用下，MKPC基体中少量未反应的磷酸盐和水化产物受到一定程度的溶蚀和水解，导致结构密实度下降;在水养条件下，MKPC浆体表面的磷酸盐首先被溶蚀，在溶液中形成酸性环境，进而导致MKP晶体和凝胶部分溶解，在浆体表面和内部形成孔隙和裂纹，致使结构致密度下降、孔隙率增大，MgO颗粒表面和间隙起胶结作用的水化产物逐渐减少，结构疏松，从而导致磷酸镁水泥强度倒缩。李东旭等提出可以尝试从以下几个方面改善MKPC

6、的耐水性。1）掺加粉煤灰等无机矿物掺和料，可改善基体致密度，在提高抗渗性的同时又固化了工业废弃物。2）通过掺加适合于MKPC水化体系的聚合物乳液，改善其耐水性。3）通过有机、无机填料共混改善MKPC浆体的结构。4）通过优化配合比，找到最佳原料配比，最大程度地提高原料的一次水化反应率，减少未反应磷酸盐的量。4、MKPC研究中急需解决的问题在MKPC的制备技术中，凝结时间及其早期水化反应速度的有效控制是关键。国内外对其已有较多的研究，所采用的方法主要有调节氧化镁的活性和比表面积、控制磷酸盐量、掺加缓凝剂、冷却拌和用水和控制MKPC浆体的PH值和氧化镁的溶解等，其中较有效的缓凝技术是加入缓凝剂硼酸盐

7、。归纳已有研究成果，硼酸盐掺量少时缓凝作用不明显，掺量多时对MKPC的后期强度及其耐水性均有不利影响。虽然相关研究对MKPC水化体系的水化机理进行了较为系统的研究与分析，但主要侧重于的缓凝机理的解析，且基本采用了定性分析的方法；要全面了解MKPC水化体系的性能，还需对其水化机理进行更为详尽的研究分析，应通过各种理化测试与定量分析手段，研究MKPC水化体系的流变性能、热焙、水化动力学、水化产物的组成和微观结构的变化，建立起MKPC水化体系水化反应程度、水化产物形态和微结构及材料性能之间的关系，以便为MKPC的生产和应用推广提供科学理论基础。虽然已有的水稳定性调控技术可有效改善MKPC水化体系的水

8、稳定性。但研究工作主要侧重于MKPC水化体系早期水稳定性的改善及其机理分析。对MKPC水化体系在形成一定结构强度后的长期水稳定性研究工作还有待进一步开展。在此基础上，还需对MKPC的耐冻融、盐冻、碳化、硫酸盐和氯离子侵蚀以及高温等性能进行系统的研究，应通过各种理化测试与分析手段对MKPC基材料长期经受各种腐蚀环境后水化产物的组成与结构变化进行详尽的研究，以便为MKPC的应用推广提供科学理论基础。MKPC具有黏结力强、粘接应力小、体积稳定性好、耐高温和无污染等一系列优点，且其中的酸性组分可与水泥基材料表面的Ca（OH）2和金属材料中的铁元素反应，生成具有胶凝特性的盐类，使胶黏剂与基体材料界面不仅有物理作用还有化学作用，界面粘接强度较高，可作为建筑胶黏剂用于各类土木工程设施的修补加固和作为金属胶黏剂用于各种机械零件的粘接，新型无机胶黏剂与各种无机骨料、纤维以及木材有较好的相容性和粘接力，适合用作各种复合材料和涂层的基体材料。应进一步开展MKPC无机胶黏剂的应用研究。