[发明专利]一种含C7A5M矿物的磷酸镁水泥及制备方法

说明书

本发明公开了一种含C₇A₅M矿物的磷酸镁水泥及制备方法，包括以下重量份的原料：C₇A₅M 15~40份、MgO 30~50份、磷酸盐15~20份、含硼物质2~10份。本发明提出了磷酸镁水泥最终矿相的组成范围，可先单独高温烧制C₇A₅M矿相并与市售氧化镁复合；也可先高温烧制C₇A₅M和MgO的混合矿相，再与相应的磷酸盐、含硼物质复配制成含C₇A₅M矿物的磷酸镁水泥。本发明提出的组分范围改变了原有的水化产物组成方式，形成新型水化产物，赋予磷酸镁水泥优异的水化硬化性能并大幅度提升耐水性能。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种含C₇A₅M矿物的磷酸镁水泥及制备方法。

背景技术

磷酸镁水泥主要由重烧氧化镁、磷酸盐组分、缓凝剂组分组成，其中重烧氧化镁和磷酸盐占比通常在85%~95%之间。磷酸盐类型为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠等，其中的一种或两种复合都是可行的。磷酸镁水泥强度发展与磷酸盐种类有一定的关系，通常而言采用磷酸二氢铵配制的磷酸镁水泥强度相对较高。缓凝组分通常是硼砂、硼酸或以硼砂为主要组分的复合缓凝剂。磷酸盐和硼砂都是化学工业原料，价格较高；一定煅烧温度和活性要求使得氧化镁制备也是高能耗的。因此，相对传统建筑材料而言，磷酸镁水泥材料成本相对较高，是制约其大规模应用的主要原因。

与硅酸盐水泥一样，磷酸镁水泥也可以相应引入一些混合材或掺合料以降低水泥生产成本，改善水泥某些性能。现阶段研究结果表明粉煤灰、矿渣、石灰石粉和其他工业固体废弃物可以引入磷酸镁水泥，一定的掺量下并不降低磷酸镁水泥的强度，还能改善磷酸镁水泥耐水性能和提高粘结性能。粉煤灰还可以使得磷酸镁水泥混凝土的颜色接近普通水泥混凝土，避免色差的出现。关于粉煤灰、偏高岭土和矿渣等铝硅质掺合料在磷酸镁水泥中的作用，有相关研究做了阐述，主要涉及“形态效应”、“活性效应”、“微集料效应”和“吸附效应”等，肯定了铝硅质掺合料的积极作用。有研究采用的表征微观分析方法，指出偏高岭土或粉煤灰中铝硅质玻璃体会与磷酸盐反应，形成磷铝酸盐新物相，并与水泥宏观性能相联系，肯定了新型水化产物的形成对水泥耐水性能等宏观性能都有一定的改善作用。但铝硅质掺合料中铝硅物质溶出相对较慢，对磷酸镁水泥的改性作用往往在硬化后期才得以显现。

磷酸镁水泥的水化产物主要是鸟粪石，除鸟粪石外硬化水泥石中还存在大量的未反应氧化镁，一定程度上氧化镁是浪费的。从铝硅质掺合料的作用机制来看，磷铝酸盐新物相的形成是有利于水化硬化和耐水性能提升的。那么是否可以在磷酸镁水泥中引入类似的新型水化产物，改变以鸟粪石为单一水化产物的纯磷酸镁水泥体系，磷酸镁水泥耐水属于镁质胶凝材料范畴，耐水性的问题一定程度制约磷酸镁水泥的大规模运用。有研究指出，磷酸镁水泥体系中未反应的磷酸盐、鸟粪石的溶解度大，是磷酸镁水泥耐水性差的主要原因，从这个角度看促进磷酸盐的反应，引入新型水化产物，是迫切需要的。

由上述分析可知，磷酸镁水泥应用面临的主要问题主要表现在，材料成本高昂、耐水性差、水化产物单一等。虽然认识到铝硅质掺合料对磷酸镁水泥的积极作用，但铝硅质掺合料的作用效果往往在硬化后期才能显现，目前缺乏能在水化早期改善水泥水化产物组成和解决耐水性差的关键技术措施，本发明将针对以上问题，提出切实可行的技术路线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含C₇A₅M矿物的磷酸镁水泥及制备方法，降低传统磷酸镁水泥中氧化镁含量，调整磷酸镁水泥的水化产物组成，赋予磷酸镁水泥良好的水化硬化性能并解决耐水性差等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：