磷酸镁水泥早期强度及工作性研究

陈永真

摘 要：通过采用磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠作为磷酸盐水泥的不同成分，试验对比了其抗压、抗折强度、凝结时间，并试验了磷酸镁水泥的工作性，从而得出结论。

关键词：磷酸镁水泥；早期强度；工作性

磷酸镁水泥（MPC）具有快凝、快硬、早期强度高、粘结强度高等优点，国内外对MPC已进行过较多的理论和应用方面的研究，此材料可用于水泥混凝土建筑工程和水泥混凝土路面工程领域。本文初步研究了磷酸镁水泥采用不同磷酸盐的条件下的抗折强度、抗压强度和凝结时间，试验了其工作性能，结合试验过程，得出初步结论。

1 试验原材料

磷酸镁水泥的主要组分通常为磷酸盐、硼砂和氧化镁，试验研究主要原材料见表1。

表1 试验原材料

原材料 化学式 简称 规格

磷酸二氢钾 KH2PO4 P 工业级，99.8%

磷酸氢二铵 （NH4）2HPO4 P 工业级，98%

磷酸二氢钠 NaH2PO4 P 工业级，96%

硼砂 Na2B4O7·10H2O B 工业级，95%

氧化镁 MgO M 工业级，85%

1.1 磷酸二氢钾

磷酸二氢钾为市购工业级，含量为99.8%。

磷酸二氢钾，化学式为KH2PO4，分子量为136.09。为无色结晶或白色颗粒状粉末。空气中稳定，在400℃时失去水，变成偏磷酸盐。溶于约4.5份水，溶解度为83.5g/100ml水，不溶于乙醇。相对密度2.34，熔点 252.6℃。

1.2 磷酸氢二铵

磷酸氢二铵为市购工业级，含量为98%。

磷酸氢二铵，化学式为（NH4）2HPO4，分子量为131，为无色透明单斜晶体或白色粉末，易溶于水，不溶于醇、丙酮、氨。在空气中较稳定，加热至 100℃时有小部分分解。高于熔点时失去氨和水，并生成偏磷酸铵和磷酸的混合物。

1.3 磷酸二氢钠

磷酸二氢钠为市购工业级，含量为96%。

磷酸二氢钠，化学式为NaH2PO4，分子量为120。熔点60℃，有无水物、一水物和二水物三种。无水物为白色结晶粉末，微吸湿，极易溶于水。无水物系无色斜方晶系结晶体，易溶于水，水溶液呈酸性反应（PH=4.5），不溶于醇，微溶于氯仿。二水物也极易溶于水，潮湿空气中易结块。

1.4 硼砂

硼砂为市购工业级，含量为95%。

硼砂化学式为Na2B4O7·10H2O，分子量为382。无色半透明晶体或白色结晶粉末，无臭，味咸。380℃时失去全部结晶水。易溶于水和甘油中，微溶于酒精。水溶液呈弱碱性。硼砂在空气可缓慢风化。熔融时成无色玻璃状物质。在 60℃时失去八个结晶水，在 320℃时失去全部结晶水。在空气中可缓慢风化。熔融时成无色玻璃状物质。

1.5 氧化镁

氧化镁为市购工业级，含量为85%。

氧化镁化学式为MgO，分子量为40。白色细微粉末，无气味。放置于空气中易吸收水分和二氧化碳而逐渐反应形成碱式碳酸镁，与水结合后生成氢氧化镁，呈微碱性反应，饱和水溶液的PH值为10.3。易溶于稀酸，微溶于水，因二氧化碳的存在而增加其溶解度。不溶于乙醇，熔点为2852℃，沸点为3600℃。

1.6水

制备磷酸镁水泥的水应具有一定纯度要求，水中不能含有较多杂质，否则直接影响磷酸镁水泥的凝结时间和强度，本试验中均采用普通自来水。

2 原材料处理

MPC的制备过程简介如下：将磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠和硼砂分别用干燥设施干燥处理12h（因为硼砂内含有一定数量的结晶水，常温下容易风化释放结晶水；磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠常温下极易吸水受潮），温度为50℃；将干燥过的磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠和硼砂分别过150μm方孔筛，保证其筛余量低于20%；将处理后的磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠和硼砂放置于密封、干燥的环境中单独存放。

3强度对比试验

3.1 材料组成及配比

分别选用磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠作为制备MPC的磷酸盐种类（代号分别为P1、P2、P3），硼砂作为缓凝剂，硼砂主要是影响氧化镁和磷酸盐之间的反应，磷酸盐与氧化镁发生水化反应，生成水化产物后强度提高，所以宜用硼砂与氧化镁的摩尔比、磷酸盐与氧化镁的摩尔比分别表示磷酸盐、硼砂和氧化镁的用量之间的关系，分别用B/M和P/M来表示。各配比根据相关研究设定为：B/M=0.05，P/M=1/4，水胶比为0.25。

3.2 试验仪器及方法

试验测试材料初凝时间、抗压强度、抗折强度所用仪器和方法均参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）有关规定执行。

3.3 试验结果

试验结果见表2。

表2 磷酸盐对比试验结果

磷酸盐种类 初凝时间（min） 抗折强度（MPa） 抗压强度（MPa）

12h 24h 12h 24h

P1 7 5.49 5.64 18.47 24.99

P2 11 5.91 6.26 25.99 33.39

P3 5 4.36 4.52 15.75 18.34

4 工作性能试验

工作性又称和易性，是材料流动性、可塑性、稳定性等几方面的综合性能。本研究以MPC水泥净浆在不同水胶比和不同缓凝剂掺量下的扩展度来表示其工作性能，试验结果分别如表3、4所示。

表3 不同水胶比下MPC水泥净浆扩展度

水胶比 0.2 0.3 0.4

扩展度（mm） 120 145 160

表4 不同B/M下MPC水泥净浆扩展度

水胶比 0.04 0.05 0.06

扩展度（mm） 140 160 175

4试验结果分析与结论

试验过程中，P1、P2试件成形效果较好，P3凝结时间过快，成形较差。由于实际应用中对于材料凝结时间有一定要求，考虑利于施工，P2组凝结时间较佳。强度方面，P2组12h、24h抗折、抗压强度均为三组之中最佳者，因此选定磷酸氢二铵为磷酸镁水泥最佳组分磷酸盐。

水含量是影响材料工作性的最重要因素之一，通过分析可知增加用水量可以提高材料的流动性，这是因为材料颗粒表面有足够的水吸附，颗粒之间空隙也被水填满，多余的水形成水膜“润滑”颗粒，所以流动性提高。外加剂的用量也将会对材料的流动性产生影响，由表3和4分析可知，随着缓凝剂硼砂的掺量增加，材料的流动性逐渐增大，这是由于硼砂的增加使酸碱中和反应增强，产生较多的水，进而增大了其流动性。

参考文献：

[1]雒亚莉，陈兵.磷酸镁水泥的研究与工程应用[J].水泥.2009（9）：16-19

[2]唐春平.磷酸盐修补材料粘结强度影響因素研究[J].混凝土与水泥制品.2012（2）：22-24