[发明专利]一种快凝水镁石-磷酸盐基胶凝材料及其制备方法和应用在审

专利信息
申请号: 202010500601.4 申请日: 2020-06-04
公开(公告)号: CN111807739A 公开(公告)日: 2020-10-23
发明(设计)人: 杨全兵 申请(专利权)人: 同济大学
主分类号: C04B12/02 分类号: C04B12/02;C04B28/34;C04B111/72
代理公司: 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 代理人: 蒋亮珠
地址: 200092 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 快凝水镁石 磷酸盐 基胶凝 材料 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明涉及一种快凝水镁石‑磷酸盐基胶凝材料及其制备方法和应用,用天然水镁石矿物来完全替代高温制备的原材料氧化镁,以制备一种新型的水镁石‑磷酸盐基低碳胶凝材料,具体涉及其配方及其制备技术。本发明核心内容是材料配方,由水镁石、磷酸二氢铵和硼砂构成;本发明胶凝材料的制备方法为按要求的比例配制后,经在混料机中混合10‑30min,即可得到本发明产品。本发明胶凝材料加水搅拌即可使用,推荐水胶比为0.12‑0.20。与现有技术相比,本发明的磷酸盐胶凝材料性能相当,但生产能耗和CO2排放量更低,且其体系中不含有存在安定性隐患的游离氧化镁,对调控其水化放热和凝结时间也更有利。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域,具体涉及一种快凝水镁石-磷酸盐基胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

镁质基水泥,包括磷酸镁水泥(MPC)、活性氧化镁水泥、氯氧镁水泥、硫氧镁水泥等,被认为是最具潜力的低碳建筑材料的候选者之一,其中MPC具有最好的综合性能。氧化镁是制备镁质基水泥最主要的原材料,也是其生产能耗和温室气体CO2排放的最大来源。它一般可通过干法,即高温煅烧菱镁矿,和湿法,即含镁卤水或海水加工,两种方法来生产,其中以干法为主。氧化镁的烧成温度为700-3000℃,其烧成温度越高,化学反应活性越低,但其制备过程消耗的能源和排放的温室气体CO2也越多。

传统MPC是通过MgO与可溶性的酸性磷酸盐反应并形成具有胶凝性的磷酸镁盐类水化产物而产生胶结能力的,其中最主要的产物为鸟粪石,也具有更佳的力学性能。为了便于调控和延长凝结硬化时间,通常采用化学反应活性很低的死烧氧化镁(1400-2000℃),或电熔氧化镁(2800℃)来制备MPC。这表明MPC制备的能耗与CO2排放量仍较高,且成本高。

因具有优异的综合性能,尤其是凝结硬化超快、早期强度和粘结强度高、热膨胀系数和弹性模量与混凝土匹配性好、干缩小等,MPC基材料被广泛应用于高速公路、机场跑道、市政道路和桥梁、工业地坪等土木工程病害的快速抢修,以及有害固体废弃物的安全处置、骨头和牙齿的修复与整形等。为了获得更良好的力学性能,以及避免多余的可溶性磷酸盐析出损害其结构的完整性,并在其表面形成令人讨厌的白色盐斑或析晶,在MPC配比中氧化镁的用量往往超过其反应所需的用量,即在最终硬化的MPC基材料中将存在大量过剩的游离MgO。一旦这些游离MgO与水反应形成膨胀性很大的Mg(OH)2,则将引起MPC基材料开裂和降低修复材料的耐久性,产生安定性问题。在现场应用过程中,这一隐患经常受到现场工程师质疑和担忧,影响了MPC基材料的大规模推广应用。

此外,MPC还有一个缺点,就是其水化反应是一个快速放热反应过程,水化热很大,浆体的温度可在短时间内快速升高甚至超过80℃,这将增加修复材料内部及其粘结界面的微缺陷,以及修复材料的脆性和开裂的风险,从而降低其修复工程的耐久性,尤其是针对大体积的修复工程;当用于骨头和牙齿的修复时,温度过高还会引起患者的不适。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能耗和CO2排放较少、耐久性好的快凝水镁石-磷酸盐基胶凝材料及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

事实上,鸟粪石最初是在鸟类大量聚居的岛屿上发现的,因鸟粪中含有丰厚的氮、磷等元素甚至鸟粪石,这些化学物质也会与岛屿上的菱镁矿、水镁石、白云石等镁质矿物反应,继而形成鸟粪石,并因此而得名。自然界的启示说明,从理论和技术角度看,直接利用天然镁质矿物制备MPC是可行的。因此,探寻更低能耗的镁质原材料将对降低MPC的CO2排放量和生产成本具有重要的价值。

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