一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法
阅读说明：本技术 一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法 (Magnesium phosphate cement repair mortar and preparation method thereof ) 是由 陈喜旺 张登平 王军 赵文丽 周帅 侯凯 王丽丽 李威 王杰之 范业侃 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及其制备方法,磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：磷酸二氢钾20-35份、氧化镁60-75份、粉煤灰10-20份、细砂10-15份、水12-30份、葡萄糖酸锌1-4份、葡萄糖酸铜1-3份、缓凝剂1-2份、再生混凝土5-10份、硅藻土4-8份以及金属陶瓷微粉3-6份；上述磷酸镁水泥修补砂浆具体包括以下制备步骤：S1.按照重量份进行配料；S2.先对磷酸二氢钾、氧化镁、粉煤灰以及细砂进行低速搅拌；S3.向基料中添加水与缓凝剂继续搅拌,再依次添加再生混凝土废料、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸铜、硅藻土以及金属陶瓷微粉进行搅拌,制成浆料；S4.对浆料进行浇筑、振捣、养护处理,使之成型。本发明具有延缓磷酸镁水泥修补砂浆凝结时间的效果。(The invention relates to magnesium phosphate cement repair mortar and a preparation method thereof, wherein the magnesium phosphate cement repair mortar comprises the following components in parts by weight: 20-35 parts of monopotassium phosphate, 60-75 parts of magnesium oxide, 10-20 parts of fly ash, 10-15 parts of fine sand, 12-30 parts of water, 1-4 parts of zinc gluconate, 1-3 parts of copper gluconate, 1-2 parts of a retarder, 5-10 parts of recycled concrete, 4-8 parts of diatomite and 3-6 parts of metal ceramic micro powder; the magnesium phosphate cement repair mortar specifically comprises the following preparation steps: s1, preparing materials according to parts by weight; s2, firstly, stirring the monopotassium phosphate, the magnesium oxide, the fly ash and the fine sand at a low speed; s3, adding water and a retarder into the base material, continuously stirring, sequentially adding the recycled concrete waste, zinc gluconate, copper gluconate, diatomite and the metal ceramic micro powder, and stirring to prepare slurry; and S4, pouring, vibrating and maintaining the slurry to form. The invention has the effect of delaying the setting time of the magnesium phosphate cement repair mortar.)
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。
磷酸镁水泥的原料主要包括磷酸盐、氧化镁以及掺合料，制备原理为：MgO溶解于磷酸盐酸性溶液中，电离产生Mg2+，Mg2+与水分子形成水合镁离子，水合镁离子与磷酸根阴离子进一步反应，生产水合磷酸镁凝胶，H+与O2-反应生产水，能够释放大量热量，使得饱和凝胶互相胶结、结晶，形成密集的网状结构基体相，形成一层将过剩的氧化镁粒子紧密地包裹连结成一体的水化产物膜。水化产物使得整个体系逐渐凝结和硬化。目前磷酸镁水泥的研究仍不成熟，磷酸镁水泥的凝结时间较短，无法适用于大体积修补工程。
目前，公告号为CN108249795A的中国发明公开了一种磷酸镁水泥，包括以下质量份的组分：氧化镁混合物45-75份，磷酸二氢盐15-50份，缓凝剂0-10份；其中，所述氧化镁混合物包括煅烧白云石粉，所述煅烧白云石粉的制备方法为：将粉碎的白云石与含硅组分混合均匀后于1100-1800℃煅烧，再将煅烧产物粉磨后，即得到所述的煅烧白云石粉。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述方案通过煅烧白云石粉与含硅组分，使含硅组分和煅烧产物中的CaO结合形成C2S、钙镁黄长石和透辉石等矿物，达到降低白云石中CaO的活性，从而延缓磷酸镁水泥的凝结时间的目的，但是，煅烧提高了生产成本，且煅烧本身比较耗费时间。
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，其具有延缓磷酸镁水泥修补砂浆凝结时间的效果。
本发明的目的二是提供一种基于目的一的磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法。
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，按重量份包括以下组分：磷酸二氢钾20-35份、氧化镁60-75份、粉煤灰10-20份、细砂10-15份、水12-30份、葡萄糖酸锌1-4份、葡萄糖酸铜1-3份以及缓凝剂1-2份。
通过采用上述技术方案，葡萄糖酸锌与葡萄糖酸铜分子中含有羟基与羧基，羧基与水合磷酸镁凝胶的层间氢键结合牢固，从而延长了水合磷酸镁凝胶结晶的诱导期，以此延缓了磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间；
锌离子与铜离子为重金属离子，易与PO43-，HPO42-发生反应，生成溶解度极低的含锌磷酸盐以及含铜磷酸盐沉淀，沉淀的生成延缓了水合磷酸镁凝胶结晶溶解的速度，从而延缓了磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间；新形成的含锌磷酸盐以及含铜磷酸盐沉淀被包裹于磷酸镁水泥修补砂浆的网络架构体中，随着养护时间的延长，磷酸镁水泥修补砂浆固化网络形成体趋于致密，孔隙率降低，从而提高了磷酸镁水泥修补砂浆的整体强度。
本发明进一步设置为：所述组分中还包括再生混凝土5-10份。
通过采用上述技术方案，再生混凝土表面几乎都包裹着砂浆，因此其表面粗糙、比表面积大，这有利于提高其与其他组分之间的粘连性，从而提高砂浆的整体粘连性；再生混凝土的内部孔隙较大，其他组分填充至孔隙中，从而提高组分之间的连接强度。
本发明进一步设置为：所述组分中还包括硅藻土4-8份。
通过采用上述技术方案，硅藻土由无定形的SiO2组成，并含有多种有机杂质，硅藻土质软、多孔且黏性大，具有良好的渗透能力，在组分中添加硅藻土，硅藻土分子渗透至基料分子的内部，以此提高磷酸镁水泥修补砂浆的整体连接强度。
本发明进一步设置为：所述组分中还包括金属陶瓷微粉3-6份。
通过采用上述技术方案，金属陶瓷微粉既具有陶瓷的韧性和抗弯性，同时具备金属的耐高温、高强度和抗氧化性能，在组分中添加适量的金属陶瓷微粉，有利于提高磷酸镁水泥修补砂浆的抗裂性以及抗氧化性等理化性能。
本发明进一步设置为：所述金属陶瓷微粉优选为氧化基型金属陶瓷微粉或碳化基型金属陶瓷微粉。
通过采用上述技术方案，氧化物基金属陶瓷微粉与碳化物基金属陶瓷微粉均具有良好的耐高温、耐磨性能，且机械强度较大，有利于提高磷酸镁水泥修补砂浆的后期强度。
本发明进一步设置为：所述磷酸二氢钾的粒度为30-400um。
通过采用上述技术方案，磷酸二氢钾的粒度对于磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间、抗压强度以及粘结强度均具有一定程度的影响，因此，将磷酸二氢钾的粒度控制在合适的范围内，有利于确保磷酸镁水泥修补砂浆的各项理化性能。
本发明进一步设置为：所述缓凝剂优选为柠檬酸或乳酸。
通过采用上述技术方案，柠檬酸与乳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的制备方法，具体包括以下制备步骤：
S1.配料：按照重量份进行配料；
S2.基料混合：先对磷酸二氢钾、氧化镁、粉煤灰以及细砂进行低速搅拌，搅拌速度为30-50r/min，搅拌时间为0.5-1min；
S3.辅料混合：向基料中添加水与缓凝剂继续搅拌，搅拌温度为30-40℃，搅拌时间为1-3min，再依次添加再生混凝土废料、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸铜、硅藻土以及金属陶瓷微粉进行搅拌，搅拌温度为35-45℃，搅拌时间为1-3min，制成浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣、养护处理，使之成型。
通过采用上述技术方案，先将基料混合均匀后，向基料中添加水分，水胶比需控制在合适的范围内，否则会影响磷酸镁水泥修补砂浆的理化性能；再向基料中添加辅料，使所有组分混合均匀，制成浆料，对浆料进行浇筑、振捣、养护处理后，制得砂浆。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.葡萄糖酸锌与葡萄糖酸铜的添加延长了水合磷酸镁凝胶结晶的诱导期，以此延缓了磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间；锌离子与铜离子有利于延缓磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间，并增强磷酸镁水泥修补砂浆的整体强度；
2.再生混凝土的添加提高了组分之间的连接强度以及粘连性能；
3.硅藻土分子渗透至基料分子的内部，以此提高磷酸镁水泥修补砂浆的整体连接强度；4.在组分中添加适量的金属陶瓷微粉，有利于提高磷酸镁水泥修补砂浆的抗裂性以及抗氧化性等理化性能。
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及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
10
粉煤灰
15
硅藻土
8
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
6
水
21
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1.配料：按照重量份进行配料；
S2.基料混合：先对磷酸二氢钾、氧化镁、粉煤灰以及细砂进行低速搅拌，搅拌速度为35r/min，搅拌时间为0.5min；
S3.辅料混合：向基料中添加水与柠檬酸继续搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌时间为2min，再依次添加再生混凝土废料、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸铜、硅藻土以及氧化物基金属陶瓷微粉进行搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌时间为3min，制成浆料；
S4.成型：对浆料进行浇筑、振捣、养护处理，使之成型。
实施例2，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
35
葡萄糖酸铜
3
氧化镁
75
再生混凝土
8
粉煤灰
20
硅藻土
6
细砂
15
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
30
柠檬酸
2
葡萄糖酸锌
4
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法同实施例1。
实施例3，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
20
葡萄糖酸铜
1
氧化镁
60
再生混凝土
5
粉煤灰
10
硅藻土
4
细砂
10
氧化物基金属陶瓷微粉
3
水
12
柠檬酸
1
葡萄糖酸锌
1
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法同实施例1。
实施例4，与实施例1的不同之处在于磷酸氢二钾的粒度为30um。
实施例5，与实施例1的不同之处在于磷酸氢二钾的粒度为150um。
实施例6，与实施例1的不同之处在于磷酸氢二钾的粒度为250um。
实施例7，与实施例1的不同之处在于磷酸氢二钾的粒度为400um。
对比例1，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
8
粉煤灰
15
硅藻土
6
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
21
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
0
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1-S2、S4的制备方法同实施例1；
S3与实施例1的不同之处在于删除葡萄糖酸锌。
对比例2，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
0
氧化镁
67
再生混凝土
8
粉煤灰
15
硅藻土
6
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
21
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1-S2、S4的制备方法同实施例1；
S3与实施例1的不同之处在于删除葡萄糖酸铜。
对比例3，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1-S2、S4的制备方法同实施例1；
S3与实施例1的不同之处在于删除葡萄糖酸锌以及葡萄糖酸铜。
对比例4，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
0
粉煤灰
15
硅藻土
6
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
21
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1-S2、S4的制备方法同实施例1；
S3与实施例1的不同之处在于删除再生混凝土。
对比例5，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
8
粉煤灰
15
硅藻土
0
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
21
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1-S2、S4的制备方法同实施例1；
S3与实施例1的不同之处在于删除硅藻土。
对比例6，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
8
粉煤灰
15
硅藻土
6
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
0
水
21
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法具体包括以下步骤：
S1-S2、S4的制备方法同实施例1；
S3与实施例1的不同之处在于删除氧化物基金属陶瓷微粉。
对比例7，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
8
粉煤灰
15
硅藻土
6
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
32
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法同实施例1。
对比例8，为本发明公开的一种磷酸镁水泥修补砂浆及其制备方法，磷酸镁水泥修补砂浆按重量份包括以下组分：
组分
重量份数
组分
重量份数
磷酸二氢钾
28
葡萄糖酸铜
2
氧化镁
67
再生混凝土
8
粉煤灰
15
硅藻土
6
细砂
12
氧化物基金属陶瓷微粉
4.5
水
10
柠檬酸
1.5
葡萄糖酸锌
2.5
磷酸二氢钾的粒度为55um；
磷酸镁水泥修补砂浆的制备方法同实施例1。
性能检测试验
对由实施例1-7以及对比例1-8制备出的磷酸镁水泥修补砂浆进行取样，并对样品进行以下性能测试试验。
凝结时间测试：根据GB/T1346-2011对实施例1-7以及对比例1-3中样品的初凝时间以及终凝时间进行测试；
抗压强度测试：根据JTG E30-2005对实施例1-7以及对比例4-8中样品的3h抗压强度以及3d抗压强度进行测试。
表1-实施例1-7以及对比例1-3中的样品的凝结时间测试数据
初凝时间/h
终凝时间/h
实施例1
5.13
7.22
实施例2
5.08
7.14
实施例3
5.07
7.15
实施例4
4.61
6.25
实施例5
6.24
8.13
实施例6
7.15
9.29
实施例7
8.42
11.07
对比例1
4.84
7.01
对比例2
4.91
6.92
对比例3
4.72
6.63
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凝结时间影响不大。
根据表1中实施例1以及实施例4-7的样品测试数据可知：磷酸二氢钾的粒径越低，磷酸镁水泥修补砂浆的凝结时间越短，这是由于粒径较小的磷酸二氢钾在组分中的溶解速度较快，从而加快了磷酸镁水泥修补砂浆的水化效率，缩短了凝结时间。
根据表1中实施例1以及对比例1-3的样品测试数据可知：葡萄糖酸锌以及葡萄糖酸铜的添加对于延缓磷酸镁水泥修补砂浆的初凝时间以及终凝时间均具有促进作用；两者协同配合时，该促进作用更加明显。
表2-实施例1-7以及对比例4-8中样品的抗压强度测试数据
3h抗压强度/MPa
3d抗压强度/MPa
实施例1
26.4
40.5
实施例2
25.7
38.2
实施例3
26.2
39.8
实施例4
28.8
41.6
实施例5
23.5
37.6
实施例6
20.1
35.5
实施例7
18.6
33.7
对比例4
24.3
35.3
对比例5
23.6
33.5
对比例6
24.8
36.1
对比例7
18.2
24.5
对比例8
16.7
21.9
根据表2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抗压强度影响不大。
根据表2中实施例1以及实施例4-7的样品测试数据可知：磷酸二氢钾的粒径越低，磷酸镁水泥修补砂浆的抗压强度越高，且磷酸二氢钾对于磷酸镁水泥修补砂浆3h抗压强度的影响明显大于3d抗压强度的影响。因此，磷酸二氢钾的粒度对于磷酸镁水泥修补砂浆早期强度的影响较大。随着磷酸二氢钾的粒径逐渐增大，磷酸镁水泥修补砂浆的3h抗压强度并非呈线性增大，其强度增加值逐渐缩小。
根据表2中实施例1以及对比例4-6的样品测试数据可知：再生混凝土、硅藻土以及氧化物基陶瓷金属微粉对于提高磷酸镁水泥修补砂浆的抗压强度均具有促进作用；根据表2中实施例1以及对比例7-8的样品测试数据可知：水分的添加量(即水胶比)对于磷酸镁水泥修补砂浆的抗压强度影响较大，水胶比过大或过小时，磷酸镁水泥修补砂浆的抗压强度均呈明显下降。
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。
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