新型早强磷酸镁水泥的试验研究和工程应用

论文摘要

磷酸镁水泥（MPC）是一种早强快硬的新型胶凝材料,属于化学键结合的类陶瓷范畴。由于其特有的性能,如凝结硬化快、强度和体积稳定性高、粘结性强、耐久性好、抗盐冻性能高等,引起了工程界的广泛关注。目前,关于MPC的研究正在不断深入,应用也在扩展,尤其是近年来,随着建设可持续、节约型社会的提出,MPC在废弃物循环利用方面的优势开始被重视,其应用前景将越来越广阔。本文从磷酸镁水泥的物相组成、凝结硬化和水泥石的强度发展规律出发,探讨其常温下快硬早强的理论;以此为基础,研究了超早强磷酸镁水泥原材料的选择,提出了利用重烧镁砂（MgO）与KH2PO4,加缓凝剂（硼砂）来配制磷酸镁水泥的技术途径。采用正交试验方法,分析讨论了MgO与KH2PO4的摩尔比值、水胶比和硼砂掺量等因素对磷酸镁水泥强度的影响规律,并配制出了3h抗压强度达40MPa以上的磷酸镁水泥。试验研究了高钙粉煤灰掺量对磷酸镁水泥性能的影响并探讨了其最佳掺量。采用X-射线衍射和扫描电镜等试验手段,分析探讨了磷酸镁水泥凝结硬化作用机理。通过X-射线衍射分析发现,磷酸镁水泥的主要水化产物为MKP和大量未参加反应的MgO。SEM照片显示棒状晶体的水化产物MKP,互相搭结交连成网状结构,使其微观结构致密。此外,通过化学反应和热力学原理,对这类材料的反应机理进行了理论分析。最后,本文对MPC材料的主要性能,包括pH值,强度,收缩、耐腐蚀和工程应用进行了探讨。研究表明:MPC材料具有许多优异性能:①偏中性;②强度高,发展快;③干缩小（体积稳定性好）;④与旧混凝土之间的性能匹配好,粘结强度高;⑤耐酸碱盐腐蚀能力强。在工程应用方面,探讨了硅粉和聚丙烯纤维对MPC材料性能的改善;并且利用MPC来固化粘土生产非烧结粘土砖。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 磷酸盐胶凝材料的发展
• 1.2 磷酸镁水泥的研究背景
• 1.3 磷酸镁水泥的制备研究
• 1.3.1 氧化镁/磷酸盐比值
• 1.3.2 缓凝剂的掺量
• 1.3.3 氧化镁的活性和比表面积
• 1.3.4 用水量
• 1.3.5 其他影响因素
• 1.4 磷酸镁水泥凝结时间的研究
• 1.4.1 氧化镁的活性和比表面积
• 1.4.2 缓凝剂
• 1.4.3 其他
• 1.5 磷酸镁水泥微观结构的研究
• 1.6 磷酸镁水泥的应用现状
• 1.6.1 作为快速修补材料
• 1.6.2 固化有害及放射性核废料
• 1.6.3 作为新型结合剂制造人造板材
• 1.6.4 结合工业废料生产建筑材料
• 1.6.5 冻土及深层油井固化处理
• 1.6.6 喷涂建筑材料应用
• 1.7 主要研究内容、研究意义和创新点
• 1.7.1 主要研究内容
• 1.7.2 本课题的研究意义和创新点
• 第二章 原材料的选择和测试方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 重烧镁砂
• 2.1.2 磷酸二氢钾
• 2.1.3 磷酸二氢铵
• 2.1.4 硼砂
• 2.1.5 粉煤灰
• 2.1.6 硅粉
• 2.1.7 聚丙烯纤维
• 2.1.8 粘土
• 2.1.9 砂子
• 2.1.10 水
• 2.1.11 其他化学试剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试件制作
• 2.2.2 凝结时间的测定
• 2.2.3 抗压强度的测定
• 2.2.4 抗折强度的测定
• 2.2.5 干缩测试
• 2.2.6 粘结强度测定
• 2.2.7 微观测试
• 第三章 磷酸镁水泥的制备
• 3.1 磷酸盐试验
• 3.2 正交试验设计
• 3.2.1 正交试验设计方法概述
• 3.2.2 正交试验设计
• 3.3 正交试验结果及数据分析
• 3.3.1 正交试验结果
• 3.3.2 正交试验数据分析
• 3.4 最优配合比磷酸镁水泥的性能
• 3.5 磷酸镁水泥复合材料的制备
• 3.5.1 粉煤灰掺量影响
• 3.5.2 力学性能
• 3.6 本章小结
• 第四章 磷酸镁水泥的微观结构研究
• 4.1 基本原理
• 4.1.1 X-射线衍射分析
• 4.1.2 扫描电子显微镜分析（SEM）
• 4.2 试样制备
• 4.2.1 X-射线衍射样品制备
• 4.2.2 SEM 样品制备
• 4.3 磷酸镁水泥硬化浆体的测试与分析
• 4.3.1 X-射线衍射分析
• 4.3.2 SEM 分析
• 4.4 基础理论分析
• 4.4.1 化学分析
• 4.4.2 热力学分析
• 4.5 本章小节
• 第五章 磷酸镁水泥的性能及工程应用
• 5.1 磷酸镁水泥的性能研究
• 5.1.1 pH 值测定
• 5.1.2 体积稳定性
• 5.1.3 耐腐蚀性
• 5.1.4 耐水强度
• 5.1.5 聚丙烯纤维改性
• 5.2 工程应用
• 5.2.1 快速修补材料
• 5.2.2 固化土
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的研究成果