新型磷酸镁水泥的研究

× MgO ■ KH2PO4
▲ Na2B4O.10H2O
可以配制出快硬高强 MPC 水泥，且反应过程中 不会释放氨气。
（2）为了获得足够的可操作时间，需要加入 缓凝剂来调整新型 MPC 凝结时间，随着硼砂掺 量的不断变大，MPC 的凝结时间不断延长。
（3）当 P/M 值范围在 1/4 时，MPC 净浆强度 取得最大值。缓凝剂掺量对 MPC 强度发展有重 要影响，随着缓凝剂掺量逐渐增大，MPC 强度 逐渐降低。
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B/M=2%
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图 5 缓凝剂掺量对 MPC 抗压强度的影响
Fig.5 Influence of borax content on the compressive streng th of MPC
Study on the new magnesia-phosphate cement
Wang Hongtao1 Cao Juhui1 Huang zhijiang2 Yang Tiejun1 （1 Department of Barracks Management & Environment Engineering, Logistical Engineering University,
Time/d 图 4 缓凝剂掺量对 MPC 抗折强度的影响
Fig.4 Influence of borax content on the flexural
strength of MPC
从图 4 和图 5 种可以发现，随着硼砂掺量的 增加，MPC 水泥早期强度迅速降低。在一定掺 量范围（不大于 10%）情况下，硼砂掺量对后 期强度的影响较小。试验结果还表明，用磷酸二 氢钾配制的新型 MPC 材料的早期强度同样发展 迅速，其强度基本上 7 天之前迅速增长，之后发 展缓慢。当缓凝剂掺量达到 15%时，各龄期强 度都很小，28d 抗压强度仅为 14.0 MPa，仅为掺 量 2%时 2h 抗压强度的 1/3。在实验过程中还发 现，缓凝剂掺量过大（比如 15%），试件成型会 出现严重的泌水分层现象。因此，在保证施工成 型时间的前提下，应尽量减少缓凝剂掺量。
MgO Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 Na2O SO3 loss
90.42 2.39 1.51 1.51 3.16 0.10 0.06 0.01 0.79
磷酸二氢钾（KH2PO4，缩写为P），化学纯； 硼砂（Na2B4O7·10H2O，缩写为B），化学纯。 1.2 试验方法
凝结时间测定：采用维卡仪测定磷酸镁水泥 的凝结时间，由于MPC凝结速度太快，搅拌时 间要控制在3分钟之内，初始阶段每隔30秒钟测 一次，临近初凝时每隔15秒钟测一次。考虑到 MPC水泥的初、终凝时间间隔很短，试验中主 要测定初凝时间，并作为MPC的凝结时间。室 内温度为20℃。
材料导报修改稿
新型磷酸镁水泥的研究*
汪宏涛1 曹巨辉1 黄志讲2 杨铁军1 （1 中国人民解放军后勤工程学院 营房管理与环境工程系，重庆 400016
2 江苏博特新材料有限公司，南京 210008）
摘要：试验以磷酸二氢钾替代磷酸二氢铵制备新型磷酸镁水泥（Magnesium phosphate cement MPC）。研究了新型 磷酸镁水泥的凝结时间和强度，并对该水泥的水化产物进行分析。研究结果发现，随着缓凝剂掺量的不断增大，MPC 的凝结时间不断延长，强度则逐渐降低；磷酸二氢钾与氧化镁比值（P/M）值为 1：4 时，MPC净浆强度取得最大值， 其 2h抗 压强 度达 35MPa 以 上，28d 抗压 强度达 80MPa 以上； 新型磷 酸镁水 泥的水 化产物 有MgKPO4·6H2O、 MgKPO4·H2O、Mg3(PO4) 2·4H2O, 其中以MgKPO4·6H2O为主。 关键词：磷酸镁水泥（MPC），磷酸二氢钾，凝结时间，强度，水化产物 中图分类号：TU528.518
0 前言
磷酸镁水泥（Magnesium phosphate cement MPC）具有快凝快硬、高早期强度、高粘接强 度、干缩变形小等优良性能，非常适用于高速公 路、机场跑道和市政主干道的快速修补，在军事 工程的抢修抢建及有害物质的固化方面也有着 广阔的应用前景[1，2,3]。然而目前制备磷酸镁水
泥所用的磷酸盐原料主要是磷酸二氢铵，水化反 应过程中会释放出刺激性的氨气[4]。为解决该问 题，作者采用磷酸二氢钾替代磷酸二氢铵来制备 新型磷酸镁水泥，并就该新型磷酸镁水泥的性能 及水化产物进行了初步研究。
试验还考察了缓凝剂对 MPC 水泥强度的影 响，试验 P/M 比值固定为 1：4，水固比为 0.11， 硼砂掺量分别为氧化镁质量的 2%、5%、8%、 10%、15%，试验结果见图 4 和图 5。
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B/M=2%
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*国家自然科学基金会(50672129)、重庆市自然科学基金(CSTC，2006BB4121)、后勤工程学院青年基金(YQ06-43303) 资 助项目
汪宏涛，男，1974 年 9 月生，博士，讲师，主要从事新型建筑材料与工业废渣建材资源化方面的研究。
Tel：023-68599613 E-mail: wht1969@
3
Flexural strength/MPa
水化产物与 1d的水化产物种类基本一致，都是 以MgKH2PO4·6H2O为主。从图 6 和图 7 中还可 以看出，MPC水泥水化 28d时体系中仍含有大量 未参与水化的MgO，这部分MgO在体系中起到 骨料增强作用，这也是P/M在 1/4~1/5 之间水泥 净浆强度要大于P/M为 1/2 和 1/3 的原因之一。 当然，过多的MgO（P/M=1:6）时，也会因为胶 结料相对不足而使强度降低。
1
1 试验原材料与试验方法
1.1 试验原材料 氧 化 镁 （ MgO ， 缩 写 为 M ）， 由 菱 镁 矿
（MgCO3）经工业窑炉于 1500℃高温煅烧后破 碎而成，颜色为棕黄色，细度为 2610cm2/g，其 化学成分见表 1。
表 1 MgO 的化学成分/（%） Table 1 Chemical component of MgO（%）
2.3 MPC 水化产物 图 6、图 7 和图 8 分别是 P/M 为 1：4 的
MPC 水泥原材料、MPC 水化 1d 和 MPC 水化 28d 的 XRD 图谱，水固比为 0.11。
从图 6、图 7 和图 8 可以看出，MPC水泥中 主要含有MgO和KH2PO4 两种物质，MPC水泥 水化 1d时，KH2PO4 的特征峰基本消失，同时 有新的水化产物形成，这些水化分别是： MgKPO4·6H2O、MgKPO4·H2O、Mg3(PO4) 2·4H2O , 其中以MgKPO4·6H2O为主。MPC水化 28d的
Chongqing 400041 2 Jiangsu Bote New Materials Co.Ltd. Nanjing 210008）
Abstract: The new magnesia-phosphate cement (MPC) based on MgO and KH2PO4 was prepared without NH4H2PO4.The setting time and strength of the new MPC were investigated, the hydration products of the MPC was discussed too.The results showed that the setting time of MPC increases with the increase of retarder content, but the strength of the MPC decreases with the increase of retarder content. The strength of the MPC reached the highest when the ratio of KH2PO4 to MgO is 1:4, the compressive strength reached above 35MPa at 2h and 80MPa at 28d. It was found the the hydration products of the new MPC are mostly MgKPO4·6H2O , some MgKPO4·H2O and Mg3(PO4) 2·4H2O. Key words: Magnesia-phosphate cement；KH2PO4；Setting time；Strength；Hydration products
从图 2 和图 3 中可以清楚地看出，P/M 比 值对 MPC 强度有较大的影响。P/M 为 1：4 时 试件强度最大，其 2h 抗压强度达 35MPa 以上， 28d 抗压强度达 80MPa 以上。但当 P/M 较大时 （1：2 或 1：3）或 P/M 较小（1：6）时，强度 的增长速率都有所降低，试件的最终强度也比较 低。
（4） 以磷酸二氢钾KH2PO4为原料制备MPC 的水化产物有：MgKPO4·6H2O、MgKPO4·H2O、 Mg3(PO4) 2·4H2O, 其中以MgKPO4·6H2O为主。
图 6 MPC 原材料 Fig.6 XRD of MPC
× MgO
○ MgKPO4·6H2O □ MgKPO4·H2O △ Mg3(PO4) 2·4H2O
2.1 MPC 的凝结时间 磷酸镁水泥的水化反应实质上是一个以酸
碱中和反应为基础的放热过程，反应放出的大量 热量会进一步加快体系的反应速度，若不使用缓 凝剂，MPC 一般在 3 分钟内就会迅速凝结硬化。