一种双液态磷酸镁材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种双液态磷酸镁材料及其制备方法 (Double-liquid magnesium phosphate material and preparation method thereof ) 是由 钱觉时 张艺 汪宏涛 秦继辉 李振 王帆 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双液态磷酸镁材料及其制备方法。所述双液态磷酸镁材料包括A液和B液,其中A液由重烧氧化镁、减水剂、增稠剂、超细粉体和水组成；B液由磷酸盐、缓凝剂和水组成。制备方法为：将组成A液和B液的原料分别按照配比称量好,然后分别搅拌均匀制备成A液和B液并密封保存,使用时根据工程需求按不同的A液与B液体积比混合,混合后能发生反应,硬化后形成强度。本发明采用能较长时间保持稳定状态的两个液相,可解决粉体磷酸镁水泥易受潮导致性能下降和失效的问题；能节省粉体磷酸镁水泥现场使用时需准确称量用水的工序,使得施工速度更快；采用双液体可使得混合效率更高,解决粉体磷酸镁水泥需要搅拌时间长而凝结时间过快的不便。(The invention discloses a double-liquid magnesium phosphate material and a preparation method thereof. The double-liquid magnesium phosphate material comprises a solution A and a solution B, wherein the solution A consists of dead burned magnesium oxide, a water reducing agent, a thickening agent, superfine powder and water; the liquid B consists of phosphate, retarder and water. The preparation method comprises the following steps: the raw materials for preparing the liquid A and the liquid B are respectively weighed according to the proportion, then are respectively stirred uniformly to prepare the liquid A and the liquid B, and are stored in a sealed manner. The invention adopts two liquid phases which can keep a stable state for a long time, and can solve the problems of performance reduction and failure caused by the fact that the powder magnesium phosphate cement is easy to be affected with damp; the process of accurately weighing water when the powder magnesium phosphate cement is used on site can be saved, so that the construction speed is higher; the adoption of double liquids can lead the mixing efficiency to be higher, and solve the inconvenience that the powder magnesium phosphate cement needs long stirring time and the setting time is too fast.)
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种双液态磷酸镁材料及其制备方法。
背景技术
磷酸镁水泥(Magnesium Phosphate Cement，MPC)是由重烧氧化镁和磷酸或酸式磷酸盐以及缓凝剂按适当比例配制，加水发生酸-碱中和反应，凝结硬化产生强度的一种特种胶凝材料。其中，重烧氧化镁通常是由菱镁矿经1300~1700℃的高温煅烧后而成的烧结氧化镁。磷酸盐一般包括磷酸一氢盐和磷酸二氢盐，主要为反应提供磷酸根离子和氢离子，与氧化镁可以反应形成鸟粪石。常用的缓凝剂是硼砂、硼酸等硼化合物。磷酸镁水泥作为一种胶凝材料，同时具有化学结合陶瓷属性，与普通硅酸盐水泥相比，磷酸镁水泥具有流动性好、凝结硬化快、早期强度高、粘结性能好、体积稳定性好、耐磨及抗盐侵蚀性能优异等一系列性能，被广泛应用于道路、桥梁、机场跑道的快速修补，以及有害和放射性物质的固化等，有着重要的民用和军事用途。MPC的优良性能，使其在快速抢修、工程修补和抢建方面具有独特的优势，不仅在国防工程、军用机场的快速构筑与工程设施的抢修恢复方面具有十分重要的应用价值和军事意义，而且在桥梁码头、民用房屋建筑、民航机场跑道、厂房设施、市政主干道及高速公路等工程的快速修补方面也有着广泛的应用前景。
然而，现有的磷酸镁水泥在实际应用中，也存在一系列的问题有待解决。MPC的凝结时间短既是优点又是缺点，尤其在高温环境下MPC凝结时间更快，存在现场施工操作时间不足的问题。磷酸镁水泥现通常以单组分粉体或双组分粉体产品形式，磷酸镁水泥粉体存放容易受潮结块，影响产品性能，甚至失效；粉体磷酸镁水泥使用时需要加入水，但用水量需要严格控制，因为用水量微小变化就对磷酸镁水泥流动性和强度影响很大，现场使用时称量水使得工序增加而影响施工速度，而且还容易引起实际用水量的波动。
使用粉体磷酸镁水泥，包括双组分粉体磷酸镁水泥，需要使用时加入水，很多情况下难以保证磷酸镁水泥使用时的均匀性和品质，因为构成磷酸镁水泥的酸碱组分需要一定时间溶解再参与反应，但磷酸镁水泥反应迅速，凝结硬化后磷酸镁水泥的主要组分溶解程度迅速降低。因此粉体磷酸镁水泥在使用时常遇到加水后搅拌混合均匀所需时间长而凝结时间短，导致施工操作时间不足的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种双液态磷酸镁材料，采用双液态方式，以解决粉体磷酸镁水泥在实际应用过程中存在储存条件苛刻、配制工序多、用水量波动大和需要搅拌时间长难以适应快速凝结硬化场所等问题。
本发明还提供了双液态磷酸镁材料的制备方法，可以保证制备出具有悬浮态且能长期保存的双液态磷酸镁材料。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种双液态磷酸镁材料，由A液和B液按一定的体积比混合而成；其中，A液为重烧氧化镁、减水剂、增稠剂和水按照配比称量混合后，搅拌均匀并密封得到；B液为磷酸盐、缓凝剂和水按照配比称量混合后，搅拌均匀并密封得到。
进一步，将重烧氧化镁、减水剂、增稠剂、超细粉体和水按照配比混合制备成A液。A液中除加入增稠剂外，还通过掺加超细粉体，形成细小的颗粒悬浮，有利于保持较粗氧化镁颗粒的悬浮，再通过充分搅拌，提高A液的均匀性，使A液能保持较长时间的悬浮状态，而不发生沉降板结。采用将缓凝剂与磷酸盐和水按照特定比例高速搅拌混合均匀制得B液，在≥10℃的温度下将磷酸盐、缓凝剂和水高速搅拌均匀，使磷酸盐和硼砂在水中部分溶解，使磷酸盐和硼砂颗粒细小化，使得固液密度差大幅度缩小，同时溶解的磷酸盐和硼砂自身作为增稠剂和分散剂，使得B液可以长时间保存悬浮液稳定状态。双液态磷酸镁材料现场使用时按照一定的A液与B液的体积比混合，A液与B液的体积比通常为(0.5~4):1，可以满足绝大部分实际工程的使用需求。
本发明所使用的A液由重烧氧化镁粉体、超细粉体、减水剂、增稠剂和水按比例混合制备而成。其中重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中至少有40%重烧氧化镁的粒径小于50μm，配制A液的水固比为0.1~0.6，减水剂的掺加量为重烧氧化镁质量的0~5%，增稠剂的掺量为重烧氧化镁质量的0.01%~2%，超细粉体的掺加量为重烧氧化镁质量的0~20%，制得的A液在常温常压下可较长时间保持悬浮液稳定状态。
本发明中制备A液时重烧氧化镁的粒径可优选为10~75μm，其中至少有80%重烧氧化镁的粒径小于50μm，配制A液的水固比优选为0.18~0.4，减水剂的掺加量优选为重烧氧化镁质量的0.2%~1%，增稠剂的掺量优选为重烧氧化镁质量的0.01%~1%，超细粉体的掺加量优选为重烧氧化镁质量的1%~3%，进一步优选配比制得的A液流动性和稳定性都比较好，最后将制备好的A液密封保存。
如上所述的A液的制备方法，包括如下步骤：首先将重烧氧化镁粉磨后筛分，然后将筛分后的重烧氧化镁、减水剂、超细粉体和水混合，用高速搅拌机（高速搅拌转速大于300r/min）搅拌均匀后加入增稠剂，再低速搅拌（低速搅拌转速小于100r/min）均匀即可得到流动性和稳定性都比较好的氧化镁悬浮液，最后将制备好的A液密封保存。
本发明所使用的B液由磷酸盐粉体、缓凝剂和水按比例混合制备而成，其中B液的水固比为0.05~0.6，缓凝剂的掺加量为磷酸盐质量的0~50%，制得的B液在常温常压下可较长时间保持悬浮液稳定状态。
本发明中制备B液时磷酸盐可优选为磷酸二氢铵和磷酸二氢钾复合，水固比可优选为0.15~0.3，缓凝剂可优选为硼砂，硼砂掺量优选为磷酸盐质量的6~20%，进一步优选配比所得到的B液的流动性和稳定性都比较好，最后将制备好的B液密封保存。
如上所述的B液的制备方法，包括以下步骤：将磨细的磷酸盐、缓凝剂和水在≥10℃的温度下按比例混合后，高速搅拌（高速搅拌转速大于300r/min）均匀，静置不少于1小时，再低速搅拌（低速搅拌转速小于100r/min）均匀即可得到流动性和稳定性都比较好的磷酸盐悬浮液。
本发明可根据实际工程的不同环境条件、不同位置以及不同性能需求，调整A液与B液的体积比，得到流动性能、力学性能和粘接性能都优异的磷酸镁材料，从而满足不同实际工程的使用需求。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明创造性地提出双液态磷酸镁材料，使得构成磷酸镁水泥的主要组分先充分溶解，形成非常细小的悬浮颗粒，当两液态组分稍加混合就能充分反应，有利于磷酸镁材料性能的提升，也有利于降低磷酸镁材料有效组分的用量。双液态磷酸镁材料使用时无需再计量水分，只需将A、B两液态组分混合，而且由于A、B两液态为颗粒细小的悬浮液，相对粉体混合达到充分程度的时间更短。
2、本发明在使用前按A液和B液的双液态形式保存，使用时由A液和B液按一定的体积比混合而成，在实际工程应用时可按所需性能调节体积比混合使用。其中，A液和B液为颗粒细小悬浮液态，不仅短时间就能搅拌充分，并且在短时间发生反应程度更充分，满足早强要求，而粉体磷酸镁水泥使用时再加水，需要较长搅拌时间才能混合均匀，环境温度较高和施工量大时使用非常不便。A液、B液在30s内就能混合均匀，能充分保证实际工程应用后续足够的施工操作时间，避免粉体磷酸镁水泥因所需搅拌时间过长而导致施工操作时间不足的问题。
3、本发明中A液和B液在施工时只需按体积比混合即可使用，使用更为简便，避免了粉体磷酸镁水泥现场配制工序多、施工操作不便的问题。
4、本发明中A液和B液稳定性好，在常温常压下能较长时间存放不改变其基本性质，贮存期长，避免了磷酸镁水泥储存时容易受潮结块，影响产品性能的问题。
5、本发明中A液与B液混合制得的磷酸镁材料，极大缩短了磷酸镁水泥搅拌均匀所需时间，凝结时间可以控制很短，因此适合早期强度高的实际工程使用要求。
6、本发明中A液与B液混合制得的磷酸镁材料，还适合于灌浆和注浆等方式使用，可以随混随用，能实现连续混合浇筑。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有50%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、50g超细粉煤灰（其中有80%的超细粉煤灰粒径小于10μm）、1500g水和10g聚羧酸减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入0.5g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到A液。
制备B液：将5000g磷酸二氢铵、250g硼砂和1150g水在20℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置2h后再低速搅拌均匀，并密封得到B液。
将制备得到的A液和B液分别静置并密封保存3h、1d、3d和7d，取出制备好的A液和B液，使用马氏漏斗粘度计测量完全流出所需时间。
实施例2
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有55%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、50g超细粉煤灰（其中有85%的超细粉煤灰粒径小于10μm）、1000g水和10g聚羧酸减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入0.5g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到A液。
制备B液：将5000g磷酸二氢铵、250g硼砂和1150g水在20℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置2h后再低速搅拌均匀，并密封得到B液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存2h后，取2升A液和1升B液混合，搅拌30s后成型。
实施例3
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有60%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、25g超细粉煤灰（其中有90%的超细粉煤灰粒径小于10μm）、800g水和250g聚羧酸减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入0.5 g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到氧化镁悬浮液。
制备B液：将3000g磷酸二氢铵、2000g磷酸二氢钠、500g硼砂和550g水在20℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置2h后再低速搅拌均匀，并密封得到磷酸盐悬浮液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存3h后，取1升A液和1升B液混合，搅拌30s后成型。
实施例4
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有65%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、1000g纳米二氧化硅、3000g水和50g聚羧酸减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入5g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到氧化镁悬浮液。
制备B液：将5000g磷酸二氢钾和1000g水在30℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置1h后再低速搅拌均匀，并密封得到磷酸盐悬浮液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存1h后，取2升A液和1升B液混合，搅拌12s后成型。
实施例5
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有70%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、100g超细粉煤灰（其中有90%的超细粉煤灰粒径小于10μm）、1750g水和20g萘系减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入1g羟乙基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到A液。
制备B液：将5000g磷酸二氢铵、400g三聚磷酸钠和1500g水在30℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置1h后再低速搅拌均匀，并密封得到B液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存7d后，取2升A液和1升B液混合，搅拌30s后成型。
实施例6
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有75%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、50g超细粉煤灰（其中有95%的超细粉煤灰粒径小于10μm）、50g纳米粘土矿物、1250g水和30g聚羧酸减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入2g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到A液。
制备B液：将2500g磷酸二氢铵、2500g磷酸二氢钾、100g硼砂和1150g水在20℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置2h后再低速搅拌均匀，并密封得到B液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存1d后，取2升A液和0.5升B液混合，搅拌30s后成型。
实施例7
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有80%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、50g超细粉煤灰（其中有95%的超细粉煤灰粒径小于10μm）、1000g水和10g木质素磺酸钠减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入0.5g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到A液。
制备B液：将2500g磷酸二氢铵、2500g磷酸二氢钠、150g硼砂和1150g水在20℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置2h后再低速搅拌均匀，并密封得到B液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存1d后，取2升A液和1升B液混合，搅拌30s后成型。
实施例8
制备A液：将5000g重烧氧化镁粉料（重烧氧化镁的粒径小于100μm，其中有90%的重烧氧化镁粒径小于50μm）、1500g水和5g萘系减水剂混合并高速搅拌均匀，再加入0.5g羟丙基甲基纤维素，低速搅拌均匀、静置并密封得到A液。
制备B液：将1000g磷酸氢二铵、2000g磷酸氢二钾、2000g磷酸二氢钠、800g硼砂和1500g水在20℃的条件下混合，高速搅拌均匀、静置2h后再低速搅拌均匀，并密封得到B液。
制备双液态磷酸镁材料：将上述A液和B液密封保存1d后，取1升A液和1升B液混合，搅拌30s后成型。
对比例1
将5000g重烧氧化镁（粒径小于100μm）、2500g磷酸二氢铵、250g硼砂粉料搅拌2min混合均匀，加入1550g水混合并搅拌2min后出浆，出浆后继续搅拌30s，然后成型测试其凝结时间以及抗压强度。
对比例2
将5000g重烧氧化镁（粒径小于100μm）、2500g磷酸二氢铵、250g硼砂粉料搅拌2min混合均匀，加入1550g水混合并搅拌2min后出浆，出浆后继续搅拌4min，然后成型测试其凝结时间以及抗压强度。
将实施例1中的A液与B液在20℃的条件下，通过马氏漏斗粘度计来测量完全流出所需时间，结果如表1所示。
表1 存放时间对A、B液流动性的影响（单位：s）
贮存时间 液体
3h
1d
3d
7d
A液
45
42
58
65
B液
32
28
27
30
将实施例2~8与对比例1~2中制得的磷酸镁材料测试其凝结时间和不同龄期的抗压强度，结果如表2所示。
表2 实施例和对比例所制备的磷酸镁材料性能
项目
凝结时间 /min
3h抗压强度/MPa
7d抗压强度/MPa
28d抗压强度/MPa
实施例2
10
38.21
53.11
61.31
实施例3
20
35.32
61.45
70.23
实施例4
2
18.22
27.68
33.52
实施例5
14
25.32
41.85
50.15
实施例6
5
32.45
54.21
62.36
实施例7
8
34.32
56.71
65.42
实施例8
30
24.11
36.45
44.32
对比例1
10
10.32
18.87
26.31
对比例2
10
30.22
48.31
55.02
通过将上述的检测结果进行分析，可以得出：（1）实施例1中A液静置贮存7d时，马氏漏斗粘度计完全流出所需时间不超过70s，证明A液存放较长时间都具有很好的流动性和稳定性，B液的流动性和稳定性更好，静置7d后流动性和稳定性没有明显变化，静置贮存3d后比3h流动性更好，说明常温常压的条件下A液和B液可较长时间保持悬浮稳定状态；（2）实施例2~8中制备的双液态磷酸镁材料流动性好、凝结时间可控、施工操作简单、抗压强度高，可满足大部分工程需求；（3）将实施例2~8与对比例1~2对比，双液态磷酸镁材料搅拌30s就能达到要求，而粉体磷酸镁水泥加水搅拌2min以前都不能形成浆体状，双液态磷酸镁材料不仅搅拌时间短，留给后续的施工操作时间长，且力学性能更优，解决了粉状磷酸镁水泥操作时间不足、搅拌混合不充分的问题，充分发挥磷酸镁材料快硬早强等特点。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。