阅读说明：本技术 一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法 (Additive for magnesium phosphate cement repair mortar and preparation method thereof ) 是由 张登平 陈喜旺 王军 赵文丽 周帅 侯凯 孔凡敏 张弯 陈庆刚 王丽丽 于 2019-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法,所述外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的5-35%,所述外加剂按重量份包括以下组分：耐水剂25-35份、减水剂1-3份、缓凝剂1-3份、稻壳灰3-4份以及掺和料50-60份；所述耐水剂包括铁钒、硅灰以及焦磷酸钠。制备方法具体包括以下步骤：S1.先将铁钒、硅灰以及焦磷酸钠搅拌混合均匀,搅拌速度为20-30r/min,搅拌温度为20-25℃；S2.再依次加入掺合料、稻壳灰、减水剂以及缓凝剂混合均匀,搅拌温度为25-30℃,搅拌时间为1-3min,制成外加剂。本发明具有提高磷酸镁水泥修补砂浆耐水性的效果。(The invention relates to an additive for magnesium phosphate cement repair mortar and a preparation method thereof, wherein the addition amount of the additive is 5-35% of the total amount of the magnesium phosphate cement repair mortar, and the additive comprises the following components in parts by weight: 25-35 parts of water-resistant agent, 1-3 parts of water reducing agent, 1-3 parts of retarder, 3-4 parts of rice hull ash and 50-60 parts of admixture; the water-resistant agent comprises iron vanadium, silica fume and sodium pyrophosphate. The preparation method specifically comprises the following steps: s1, firstly, uniformly stirring and mixing iron vanadium, silica fume and sodium pyrophosphate, wherein the stirring speed is 20-30r/min, and the stirring temperature is 20-25 ℃; s2, sequentially adding the admixture, the rice hull ash, the water reducing agent and the retarder, and uniformly mixing, wherein the stirring temperature is 25-30 ℃, and the stirring time is 1-3min, so as to prepare the admixture. The invention has the effect of improving the water resistance of the magnesium phosphate cement repair mortar.)

一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料的技术领域，尤其是涉及一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法。

背景技术

目前世界水泥工业主要以硅酸盐水泥为主，对于硅酸盐水泥的开发应用最为成熟，硅酸盐水泥在土木、水利等大型工程项目上占据统治地位，主要原因是性能稳定，原料便宜易得，生产工艺成熟。在硅酸盐水泥体系之外还有铝酸盐水泥以及磷酸盐水泥等，其中磷酸镁水泥由于具有早强快硬的特性在快速修补领域独树一帜。

磷酸镁水泥修补砂浆是一种气硬性凝胶材料，只能在空气中凝结硬化，并且在室内干空气中有良好的空气稳定性，其抗折抗压强度也会随着龄期的增长而增长；磷酸镁水泥修补砂浆的耐磨性是普通硅酸盐水泥的三倍，特别适合作为修补材料应用于多个领域；磷酸镁水泥修补砂浆的密度只有普通硅酸盐水泥的70％，因此磷酸镁水泥修补砂浆具有十分明显的低密度性；磷酸镁水泥修补砂浆具有不燃性，可以耐受数百摄氏度高温而不变形。但是，磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性很差，其硬化体在水中可逐渐失去强度，强度损失率可达70-80％，在潮湿的环境下，磷酸镁水泥修补砂浆表面会出现水珠或潮渍，即“吸潮返卤”,“吸潮返卤”会导致磷酸镁水泥修补砂浆内部产生疏松的孔隙结构，导致其强度迅速下降。

目前，公告号为CN104591570A的中国发明专利公开了一种耐水性磷酸镁水泥，所述的耐水性磷酸镁水泥包括下列组分：重烧氧化镁、磷酸盐、矿渣，其中，所述重烧氧化镁中的镁元素与磷酸盐中的磷元素的物质的量之比为4-5：1，所述矿渣的质量含量基于磷酸镁水泥的总质量为10％-30％；所述矿渣为铁矿石经过选矿或冶炼后的残渣。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述方案通过添加矿渣细化水泥孔结构，降低孔隙率，从而减少K型鸟粪石在水泥表面的析出和重结晶，以增强其耐水性。矿渣虽然具有提高耐水性的效果，但其作为矿物掺合料，主要作用是增强磷酸镁水泥的强度，其提高磷酸镁水泥耐水性的效果有限。

发明内容

本发明的目的一是提供一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂，其具有提高磷酸镁水泥修补砂浆耐水性的效果。

本发明的目的二是提供一种基于目的一中的磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂，所述外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的5-35％，所述外加剂按重量份包括以下组分：耐水剂25-35份、减水剂1-3份、缓凝剂1-3份以及掺和料50-60份；所述耐水剂包括铁钒、硅灰以及焦磷酸钠。

通过采用上述技术方案，铁钒中的铁离子与磷酸镁水泥修补砂浆中的游离镁离子反应生成镁***胶，镁***胶堵塞磷酸镁水泥修补砂浆中的毛细通道，从而改善了磷酸镁水泥修补砂浆硬化体的结构，提高了磷酸镁水泥修补砂浆的抗渗性，从而提高了其耐水性能；

硅灰中含有大量活性氧化硅和氧化铝，在磷酸镁水泥修补砂浆中发生铝硅酸盐反应生成铝硅酸镁凝胶，一方面，铝硅酸镁凝胶本身具有良好的耐水性与化学稳定性，用于堵塞基体内部的部分连通孔，改善磷酸镁水泥修补砂浆的内部孔结构，从而有效增加材料的密实度，提高材料的抗水性能；另一方面，铝硅酸镁凝胶在磷酸镁水泥中充当骨架，起到抑制其他水化产物变形的作用；

焦磷酸钠通过改变结晶点之间的接触方式，改变磷酸镁水泥修补砂浆中水化产物的晶体外形，使各个晶体之间的结晶接触点彼此融合并改善水化产物晶体间的孔结构，从而改善磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能；

焦磷酸钠水解产生磷酸根离子，增加了磷酸镁水泥修补砂浆中磷酸根离子的浓度，从而促进了磷酸根离子与镁离子相互配位生成磷酸镁凝胶的反应程度；

铁钒、硅灰以及焦磷酸钠三者复配，具有协同效应，有利于进一步提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性。

本发明进一步设置为：所述铁钒、硅灰以及焦磷酸钠的质量分数比为1：(3-4)：(1-2)。

通过采用上述技术方案，将铁钒、硅灰以及焦磷酸钠三者的添加量控制在合适的范围内，有利于确保三者协同作用的效果，从而确保三者提高磷酸镁水泥修补砂浆耐水性能的效果。

本发明进一步设置为：所述铁钒、硅灰以及焦磷酸钠的质量分数比优选为1：3.73：1.67。

本发明进一步设置为：所述掺和料包括质量分数比为1：(0.5-1)的矿渣以及粉煤灰。

通过采用上述技术方案，矿渣与粉煤灰的微集料效应起到细化甚至堵塞磷酸镁水泥修补砂浆的毛细孔、减少磷酸镁水泥修补砂浆的孔隙率的作用，从而提高了磷酸镁水泥修补砂浆的结构密实度，以此提高了磷酸镁水泥修补砂浆的强度性能，弥补了其后期强度降低的缺陷；

由于矿渣与粉煤灰细化甚至堵塞了磷酸镁水泥修补砂浆的毛细孔，两者还具有在一定程度上提高磷酸镁水泥修补砂浆耐水性能的作用；

矿渣与粉煤灰的添加量同样控制在合适的范围内，有利于取得更好的磷酸镁水泥修补砂浆增强效果。

本发明进一步设置为：所述外加剂中还包括稻壳灰3-4份。

通过采用上述技术方案，稻壳灰一方面具有良好的保温性能，添加至磷酸镁水泥修补砂浆中，用以提升磷酸镁水泥修补砂浆的保温性；另一方面，稻壳灰中同样含有活性二氧化硅成分，二氧化硅分子随时间推移与磷酸镁水泥修补砂浆中的水化物结晶相匹配，使其显微结构更加致密，从而提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性以及结构强度。

本发明进一步设置为：所述减水剂优选为木质素磺酸钠。

通过采用上述技术方案，木质素磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，通过改善磷酸镁水泥修补砂浆的界面性质达到减水效果；木质素磺酸钠呈碱性，由于磷酸镁水泥修补砂浆在碱性环境下更加稳定，因此，木质素磺酸钠还具有调节磷酸镁水泥修补砂浆酸碱性的作用，从而提高磷酸镁水泥修补砂浆的稳定性。

本发明进一步设置为：所述缓凝剂优选为柠檬酸或酒石酸。

通过采用上述技术方案，柠檬酸与酒石酸通过与磷酸镁水泥修补砂浆中的游离镁离子形成稳定性高的多元环状鳌合物，从而降低浆体中的镁离子的浓度，使水化反应速度大大减慢，从而延缓了磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.耐水剂混合：先将铁钒、硅灰以及焦磷酸钠搅拌混合均匀，搅拌速度为20-30r/min，搅拌温度为20-25℃；

S2.助剂混合：再依次加入掺合料、稻壳灰、减水剂以及缓凝剂混合均匀，搅拌温度为25-30℃，搅拌时间为1-3min，制成外加剂。

通过采用上述技术方案，先将耐水剂进行混合，再将耐水剂与其他助剂混合，搅拌速度不宜过高，以使多种组分充分混合。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.铁钒、硅灰以及焦磷酸钠均具有提高磷酸镁水泥修补砂浆耐水性的作用，三者复配，具有协同效应，有利于进一步提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性；

2.将铁钒、硅灰以及焦磷酸钠三者的添加量控制在合适的范围内，有利于确保三者协同作用的效果，从而确保三者提高磷酸镁水泥修补砂浆耐水性能的效果；

3.矿渣与粉煤灰的微集料效应起到细化甚至堵塞磷酸镁水泥修补砂浆的毛细孔、减少磷酸镁水泥修补砂浆的孔隙率的作用，从而提高了磷酸镁水泥修补砂浆的结构密实度，以此提高了磷酸镁水泥修补砂浆的强度性能，弥补了其后期强度降低的缺陷；

4.稻壳灰一方面具有良好的保温性能，添加至磷酸镁水泥修补砂浆中，用以提升磷酸镁水泥修补砂浆的保温性；另一方面，稻壳灰中同样含有活性二氧化硅成分，二氧化硅分子随时间推移与磷酸镁水泥修补砂浆中的水化物结晶相匹配，使其显微结构更加致密，从而提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性以及结构强度。

附图说明

图1是本实施例的生产工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.耐水剂混合：先将铁钒、硅灰以及焦磷酸钠搅拌混合均匀，搅拌速度为25r/min，搅拌温度为25℃；

S2.助剂混合：再依次加入矿渣、粉煤灰、稻壳灰、木质素磺酸钠以及柠檬酸混合均匀，搅拌温度为30℃，搅拌时间为3min，制成外加剂。

实施例2，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

实施例3，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	1
		柠檬酸	1
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

实施例4，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	7
硅灰	21
		焦磷酸钠	7
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

实施例5，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

实施例6，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	39.3
		粉煤灰	15.7
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

实施例7，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	22
		粉煤灰	33
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

实施例8，与实施例1的区别在于外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的5％。

实施例9，与实施例1的区别在于外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的15％。

实施例10，与实施例1的区别在于外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的35％。

对比例1，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.助剂混合：依次加入矿渣、粉煤灰、稻壳灰、木质素磺酸钠以及柠檬酸混合均匀，搅拌温度为30℃，搅拌时间为3min，制成外加剂。

对比例2，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	0
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.耐水剂混合：先将硅灰以及焦磷酸钠搅拌混合均匀，搅拌速度为25r/min，搅拌温度为25℃；

S2同实施例1。

对比例3，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	0
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.耐水剂混合：先将铁钒以及焦磷酸钠搅拌混合均匀，搅拌速度为25r/min，搅拌温度为25℃；

S2同实施例1。

对比例4，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	0
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.耐水剂混合：先将铁钒以及硅灰搅拌混合均匀，搅拌速度为25r/min，搅拌温度为25℃；S2同实施例1。

对比例5，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	5
硅灰	17.5
		焦磷酸钠	7.5
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	0

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1.耐水剂混合：先将铁钒、硅灰以及焦磷酸钠搅拌混合均匀，搅拌速度为25r/min，搅拌温度为25℃；

S2.助剂混合：再依次加入矿渣、粉煤灰、木质素磺酸钠以及柠檬酸混合均匀，搅拌温度为30℃，搅拌时间为3min，制成外加剂。

对比例6，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

对比例7，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂及其制备方法，外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％，外加剂按重量份包括以下组分：

组分	重量份数
		铁钒	7.5
硅灰	18.75
		焦磷酸钠	3.75
木质素磺酸钠	2
		柠檬酸	2
矿渣	30.05
		粉煤灰	24.95
稻壳灰	3.5

磷酸镁水泥修补砂浆用外加剂的制备方法，具体步骤同实施例1。

性能检测试验

将由实施例1-10以及对比例1-7制备出的外加剂添加至制备磷酸镁水泥修补砂浆的工序中，并对制备出的磷酸镁水泥修补砂浆进行取样，对样品进行以下性能测试试验。

耐水性测试：通过测量样品的耐水系数表征样品的耐水性能。耐水系数用K来表示，K值越大，表示样品的耐水性越好；反之，则耐水性较差。

抗压强度测试：根据JTG E30-2005对样品的28d抗压强度进行测试。

表1-样品的各项性能测试数据

根据表1中实施例1-3的样品测试数据可知：在合适的范围内改变各组分之间的添加量，对磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能以及抗压强度影响不大。

根据表1中实施例1以及实施例4-5的样品测试数据可知：在合适的范围内改变耐水剂的添加量，对磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能以及抗压强度影响不大。

根据表1中实施例1以及实施例6-7的样品测试数据可知：在合适的范围内改变掺和料的添加量，对磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能以及抗压强度影响不大。

根据实施例1以及实施例8-10的样品测试数据可知：外加剂的添加量为磷酸镁水泥修补砂浆总量的25％时，外加剂对提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能以及抗压强度的作用最明显。

根据实施例1以及对比例1-4的样品测试数据可知：删除耐水剂，磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能明显降低，且其28d抗压强度也明显降低，说明耐水剂对于提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能具有显著促进作用；

单独删除耐水剂中的某种组分，磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能降低，且其28d抗压强度也降低，说明各组分之间存在协同作用，同时使用三种组分时，耐水剂对于提高磷酸镁水泥修补砂浆的耐水性能的效果最好。

根据实施例1以及对比例5的样品测试数据可知：稻壳灰具有提高磷酸镁水泥修补砂浆抗压强度的效果，同时还具有提高其耐水性能的作用；

根据实施例1以及对比例6-7的样品测试数据可知：耐水剂各组分之间的添加比例对于磷酸镁水泥修补砂浆耐水性以及抗压强度具有较大的影响，若各组分之间的比例超出合适的范围，则磷酸镁水泥修补砂浆耐水性以及抗压强度均有所下降。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。