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磷酸镁水泥的制备
磷酸镁水泥是一种特殊的水泥材料，具有优良的抗压、抗弯和耐化学侵蚀等特性，被广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域。
制备磷酸镁水泥需要经过一系列的工艺步骤，下面将详细介绍磷酸镁水泥的制备过程。
制备磷酸镁水泥的原料主要包括镁石粉、磷酸、硫酸等。
其中，镁石粉是磷酸镁水泥的主要原料，其含量必须达到一定标准，通常在50%以上。
磷酸和硫酸则是用来调节磷酸镁水泥的凝固时间和强度的添加剂。
制备磷酸镁水泥的工艺主要包括熟料制备、熟料磨粉和熟料砌坯三个步骤。
首先是熟料制备，将镁石粉、磷酸和硫酸按一定比例混合，经过高温煅烧得到磷酸镁水泥熟料。
然后是熟料磨粉，将磷酸镁水泥熟料进行粉碎，得到磷酸镁水泥粉末。
最后是熟料砌坯，将磷酸镁水泥粉末与适量的水混合，形成磷酸镁水泥浆料，再经过成型、养护等工艺步骤，最终得到成品磷酸镁水泥制品。
磷酸镁水泥的制备过程需要严格控制原料的质量、配比的准确性以及工艺参数的稳定性，以确保产品的质量稳定和性能优良。
同时，制备过程中还需注意环保、节能等方面的要求，尽量减少废弃物的产生，降低能耗，保护生态环境。
总的来说，磷酸镁水泥的制备是一个复杂的工艺过程，需要经过多
个步骤和工艺参数的精确控制，才能得到优质的磷酸镁水泥制品。
只有不断优化工艺流程，提高生产技术水平，才能满足市场需求，推动磷酸镁水泥产业的健康发展。
希望通过不懈的努力，磷酸镁水泥在未来能够发挥更大的作用，为社会和经济发展做出更大的贡献。
磷酸镁水泥耐酸碱性能的试验分析杨煜【摘要】磷酸镁水泥属于新型胶凝材料,属于化学键的类陶瓷范畴,因此它具备一定的特殊性.例如,凝结快,稳定性高,以及持久性强等等,使得磷酸镁水泥成为了工程界较为关注的材料.伴随着科技的逐渐进步,同时对磷酸镁水泥的研究也在逐渐的加深,也使得磷酸镁水泥能够在更多的情况下发挥作用.本文将从磷酸镁水泥的特性出发,探究其相应的物质结构,同时利用实验,进行探究磷酸镁水泥的酸碱性能.实验主要利用强酸、强碱与磷酸镁水泥进行接触,观察磷酸镁水泥的腐蚀程度.【期刊名称】《建材与装饰》【年(卷),期】2017(000)035【总页数】2页(P57-58)【关键词】磷酸镁水泥;酸碱性;硫酸;氢氧化钠【作者】杨煜【作者单位】西南石油大学【正文语种】中文【中图分类】TQ172.1+2水泥属于强硬性材料，水泥中主要的代表为硅酸盐水泥。
日常生活中，有水泥具备便于制作、价格便宜等优势，因此在日常的施工作业中，会被经常加以使用，已成为了不可或缺的建筑材料。
然而，伴随着时代的进步与发展，人们的生活水平逐渐升高，对建筑的材料要求也在逐渐的增高，往往一些施工作业中，普通的硅酸盐水泥已经不能达到要求，因此具备特殊能性的磷酸镁水泥应运而生。
它的出现解决在工程施工中的相关难题，顺应了时代的进步。
科技的进步带来了产品的创新，磷酸镁水泥的出现攻克了建筑行业中的一些难题，但是对于磷酸镁水泥的酸碱性能还不得而知，因此笔者将进行有效的实验，进行论证磷酸镁水泥的酸碱性。
磷酸镁水泥，即magnesium phosphate cement，也被称之为化学结合磷酸酶陶瓷，属于新型的凝胶材料。
与普通的水泥性比，它具备较快的凝结速度，在干燥条件下收缩小，耐磨性和抗冻性都高于普通的硅酸盐水泥。
磷酸镁水泥不仅使用寿命较长，同时应用范围也比较广泛，例如建筑施工以及军事中，都常常被利用。
磷酸镁水泥具有较高的黏合性，可以用来快速的抢修路面。
由此可见，磷酸镁水泥在建筑方面占据着一定的地位。
磷酸镁水泥的制备介绍磷酸镁水泥是一种常用的特种水泥，具有优良的化学稳定性和耐火性能，被广泛应用于高温、化学腐蚀和耐火领域。
本文将详细介绍磷酸镁水泥的制备过程及相关技术。
一、原材料准备磷酸镁水泥的制备主要需要以下原材料： 1. 水合四氧化二镁：通常为工业生产的氧化镁通过水合反应得到。
2. 磷酸：可通过磷矿石的提取和分离得到。
在实验室条件下，我们可以选择常用的磷酸溶液来制备。
3. 添加剂：可根据特殊需要添加增稠剂、防水剂等。
二、磷酸镁水泥的制备步骤1. 原材料配制将水合四氧化二镁和磷酸按一定比例加入反应容器中，用搅拌器搅拌均匀。
此时可以根据需要添加适量的添加剂。
2. 混合反应将反应容器置于适当的温度下，继续用搅拌器搅拌。
在反应过程中，底物的粘度逐渐增大，形成黏稠的磷酸镁水泥糊状物。
3. 晾晒将混合反应得到的糊状物倒入模具中，并进行晾晒。
晾晒的目的是从中移除过剩的水分，使得磷酸镁水泥逐渐固化。
4. 固化经过一定的晾晒时间后，磷酸镁水泥糊状物会逐渐固化。
固化时间取决于温度和水泥的比例。
三、磷酸镁水泥的应用场景磷酸镁水泥因其优良的耐火性和化学稳定性，广泛应用于以下领域：1. 耐火材料磷酸镁水泥可以制备耐火砖、耐火涂料等耐高温材料。
它具有优异的抗热震性能和耐腐蚀性，能够在高温下保持较好的稳定性。
2. 化学腐蚀领域磷酸镁水泥可以用于制备耐酸碱腐蚀的管道、储罐和防腐涂料等。
它能够在酸碱环境下保持出色的耐腐蚀性能。
3. 建筑材料磷酸镁水泥可以用于制备环保型的建筑材料，如装饰用砂浆、防水涂料等。
它具有优异的抗渗透性和耐候性，可以延长建筑物的使用寿命。
4. 能源领域磷酸镁水泥可以用于制备高温热储存材料、储氢合金等。
其高温稳定性和热传导性能使其在能源领域具有潜在的应用价值。
结论磷酸镁水泥是一种具有广泛应用前景的特种水泥，其制备过程简单可行。
通过合理配比原材料和控制反应条件，可以获得具有优异性能的磷酸镁水泥制品。
随着人们对高温、耐腐蚀等特殊需求的提出，磷酸镁水泥的应用将不断拓展。
磷酸镁水泥性能及发展前景刘飞; 潘宝峰; 王磊; 何奎亮【期刊名称】《《山西建筑》》【年(卷),期】2019(045)022【总页数】3页(P86-88)【关键词】磷酸镁水泥; 力学性能; 水化机理【作者】刘飞; 潘宝峰; 王磊; 何奎亮【作者单位】大连理工大学建设工程学部辽宁大连 116023; 辽宁省交通运输事业发展中心建设养护部辽宁沈阳 110005; 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州 311122【正文语种】中文【中图分类】TU5250 引言磷酸镁水泥(MPC)是由重烧氧化镁、可溶性磷酸盐、矿物掺合料、缓凝剂和水按照一定的比例混合，其主要利用磷酸盐和氧化镁迅速发生的酸碱中和反应，生成较强黏度的无机胶凝结合材料，由于其产物的结晶度高而被称为磷酸盐化学陶瓷结合材料。
因此在建筑材料、工程抢修材料、固化重金属污染物、耐火材料和生物医学工程材料等方面均有着非常好的应用前景，是新型胶凝材料方面关注研究的热点之一[1]。
20世纪初，MPC材料开始应用于铸造业。
1970年，美国Argonne国家实验室研究发现磷酸钾镁水泥具有更优异的水化性能，并将MPC成功用于固化放射性和有毒废物，随后又将其开发用于冻土地区或具有地热地区深层油井的加固。
我国对磷酸镁水泥的研究较晚，姜洪义、汪宏涛[2]等开展了有关磷酸镁水泥的水化机理和工程应用等相关研究。
在路面快速修补方面，李九苏[3]等国内外学者对磷酸镁水泥在实际工程中的修补应用进行了大量研究。
1 磷酸镁水泥水化机理及水化产物基于可溶性磷酸盐与呈碱性的重烧氧化镁发生酸碱中和反应，反应过程伴随热量的产生，Wagh[4]通过XRD,DTA，FT-IR等一系列表征手段分析其水化产物，推断出MKPC的主要成分为MgKPO4·6H2O(MKP，水化磷酸镁钾，鸟粪石)：MgO+KH2PO4+5H2O→MgKPO4·6H2O随着水化反应的进行，饱和的MgKPO4·6H2O晶体析出，将氧化镁颗粒之间的缝隙逐渐填充密实，最终形成以氧化镁颗粒为骨架MgKPO4·6H2O晶体为水化凝胶具有一定强度的硬化体。
2021磷酸镁水泥的性能机理及其具体运用范文 摘要： 凝结硬化快的磷酸镁水泥 (MPC) 具备早期强度高、耐磨抗冻等特点, 这使得其在工程中逐渐开始得到应用。
本文综述了MPC材料的研究现状、性能的主要影响因素、缓凝机理、水化硬化机理及在土木工程中的实际应用, 以期提高其工程应用价值。
关键词： 磷酸镁水泥;影响因素; 缓凝机理; 水化机理; 应用; 1、引言 MgO、磷酸盐、粉煤灰、缓凝剂等是MPC的主要成分, 将这些原材料按比例混合, 发生酸碱中和反应, 形成粘结性较强的无机胶凝材料。
与普通的硅酸盐水泥相比, 凝结过程、硬化过程对应的总的时间较短、材料相互反应后发挥出的早期强度较高、使用过程中的磨损度较低、低温情况下的抗冻性较高、微小的干缩度、可低温作业等是MPC独有的优势[1]。
上世纪40年代,国外范围内便做出了MPC的相关报道, 随后80年代逐渐迅速发展起来。
但是, 90年代我国才开始做MPC方面的研究, 起步较慢, 这也是目前仍未能形成MPC相关规范或者标准的原因之一。
大步跨入21世纪, MPC研究逐渐深入, 发展迅速起来, 研究探讨了其水化硬化原理、力学性能增强及改良、道路路面等结构迅速修补的应用等, 近年来研究更多, 从宏观到微观做了相对明确的说明、解释, 但是原材料的加工处理 (氧化镁的细度等) 、各成分的最优配比、搅拌加入先后顺序等方面的研究不够精确, 仍然需要进一步的研究[2]。
因此, 本文在总结了已有研究成果的基础上, 对MPC材料的研究现状、性能的主要影响因素、缓凝机理、水化硬化机理及在土木工程中的实际应用进行详细阐述。
2、研究现状 前期Sugama[3]采用MgO、NH4H2PO4配制磷酸镁水泥, 然后就针对其水化产物力学性质、水化过程原理等方面做了较细致研究。
但NH4H2PO4这种物质参与反应, 并完成反应后会释放氨气, 对环境造成一定污染, 很大程度上限制了其在工程中的推广、应用。
唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：磷酸镁合成工艺研究系 别：_________________________班 级：_________________________姓 名：_________________________王仲军刘敬 06化工本(2)班 环境与化学工程系指导教师：_________________________ 2010年6月11 日磷酸镁合成工艺研究摘要磷酸镁是一种极具发展前景的无机化工产品，它在医药、无机材料、美容等行业均有应用。
本课题以氯化镁、氢氧化钠和磷酸为原料，制备磷酸镁，包括四个主要部分，依次为：由氯化镁与氢氧化钠制备氢氧化镁，最适物质的量之比为1:2，最适温度为25℃，最适反应时间为60min；由磷酸与氢氧化镁制备磷酸二氢镁，最适物质的量之比为2:1；由磷酸二氢镁与氢氧化镁制备八水磷酸镁，最适温度为50℃，最适pH值为6.8；由八水磷酸镁制备磷酸镁，在162℃脱去八个结晶水得到高纯度的产品，含磷酸镁的质量分数约为81.64%。
关键词：氢氧化镁磷酸二氢镁八水磷酸镁磷酸镁Research on the manufacture of tertiarymagnesium phosphateAbstractTertiary magnesium phosphate is a very promising inorganic chemical products, it is used in medicine, inorganic materials and cosmetology etc..This topic, using magnesium chloride, sodium hydroxide and phosphoric acid as raw materials to prepare tertiary magnesium phosphate includes four major parts. The preparation of magnesium hydroxide, the mole ratio of magnesium chloride and sodium hydroxide is 1:2, the reaction temperature is 25℃and the reaction time is 60min; the preparation of monomagnesium phosphate, the mole ratioabout of 1 Mg to 2 P; the preparation of tertiary magnesium phosphate octahydrate, the reaction temperature is 50℃ and the reaction pH is 6.8; the preparation of tertiary magnesium phosphate, under 162℃, the product which contain 81.64%tertiary magnesium phosphate was made.Key words: Magnesium chloride; Monomagnesium phosphate; Tertiary magnesium phosphate octahydrate; Tertiary magnesium phosphate目录1引言 (1)1.1磷酸镁的应用 (1)1.1.1磷酸镁在医药行业的应用 (1)1.1.2磷酸镁在无机材料中的应用 (2)1.1.3磷酸镁在美容行业的应用 (3)1.2其它磷酸盐 (3)1.2.1磷酸钙 (3)1.2.2磷酸氢钙 (5)1.2.3磷酸二氢钙 (6)1.2.4磷酸氢镁 (7)1.2.5磷酸二氢镁 (7)1.2.6磷酸盐复合材料—磷酸盐基胶黏剂 (8)1.3磷酸镁合成方法 (9)1.3.1氢氧化钙法 (10)1.3.2氨法 (10)1.3.3氢氧化钠法 (11)1.3.4氧化镁水化法 (13)1.4本课题研究的意义 (13)2实验 (14)2.1实验所用仪器及原料 (14)2.1.1实验仪器设备 (14)2.1.2实验药品 (14)2.2实验方案 (14)3实验结果与讨论 (16)3.1氢氧化镁的制备 (16)3.1.1物料配比对形成氢氧化镁的影响 (16)3.1.2反应温度对形成氢氧化镁的影响 (17)3.1.3反应时间对形成氢氧化镁的影响 (17)3.2磷酸二氢镁的制备 (18)3.2.1物料配比对形成磷酸二氢镁的影响 (18)3.2.2物料浓度对形成磷酸二氢镁的影响 (19)3.3八水磷酸镁的制备 (19)3.3.1反应温度对形成八水磷酸镁的影响 (19)3.3.2 pH值对形成八水磷酸镁的影响 (21)3.4磷酸镁的制备 (21)3.5磷酸镁的检测 (22)4结论 (23)谢辞 (24)参考文献 (25)外文资料 (27)1引言磷酸镁(Magnesium phosphate)又名磷酸三镁、三代磷酸镁、磷酸三苦土，分子式Mg3(PO4)2.xH2O(x=0，4，8，22)。
磷酸钙骨水泥的临床应用与研究进展磷酸钙骨水泥（CPC）是一种新型骨水泥，具有非陶瓷性、自固性、生物相容性良好、骨传导能力强等特点，可以有效解决钙磷陶瓷无法降解、塑型难、脆性大等缺陷，而且CPC使用简便，可随意成型。
目前临床诸多领域已经开始使用CPC这种材料，并且应用效果令人满意。
为进一步探讨CPC的临床应用价值，笔者收集、整理了近年来国内外相关学者关于CPC临床应用的研究报道，现将其研究进展进行如下综述。
标签：磷酸钙骨水泥；临床应用；研究进展磷酸钙骨水泥（CPC）的固相至少由二水磷酸氢钙（DCPD）、磷酸三钙（TCP）、磷酸四钙（TTCP）、磷酸二氢钙（MCPM）、无水磷酸氢钙（DCPA）等其中的2种磷酸钙盐组合而成，CPC和血液、生理盐水、稀酸、血清等液相混合后会出现水化凝固反应，在人体温度、内部环境下会逐渐固化，并且转化成HA（羟基磷灰石）。
CPC在临床上往往被用作生物充填材料，相对于其他生物充填材料而言，CPC具有操作简便、在机体内可自行凝固、慢慢降解并促进骨组织生长、不会影响骨折愈合或骨重塑等优点。
目前，临床上主要在口腔、骨折治疗加固[1]、骨缺损修复、生物因子或药物载体等领域应用CPC，下面主要将近年来临床上应用CPC的进展进行综述报道。
1 骨缺损修复及骨折治疗目前，在非承载骨骨折患者治疗中已经广泛应用CPC，CPC可不用或者减少自体骨移植，尽可能降低供骨处并发症发生率。
而且CPC具有良好的骨传导作用，可有效促进骨折周围关节功能恢复，帮助患者尽早恢复正常活动，也能够形成一定的抗压强度。
在CPC固化的过程中放热效应并不明显，很少会出现异物反应，也不易发生炎症，在机体内可以任意成型，也能够逐渐降解，被骨细胞吸收。
苗军等[2]在兔颅骨缺损以及骨膜修复中应用CPC，结果术后3个月显示止血效果良好，新生骨质紧紧的包围CPC。
而且植入骨膜下的CPC周围也生成了新骨，并未发现明显的炎性细胞浸润。
由此可见，CPC的生物相容性良好，可用于临床骨折治疗。
第52卷第12期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.12 2023年12月 Liaoning Chemical Industry December，2023收稿日期： 2022-11-23磷酸钾镁水泥水化产物K 型鸟粪石稳定性研究杨启乐，杨元全*（沈阳理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110158）摘 要：磷酸钾镁水泥是一种凝结硬化快、黏结强度高且环境适应性广的新型胶凝材料，广泛应用于工程快速加固、快速修补和国防建设及有害物质固化等方面。
K 型鸟粪石是磷酸钾镁水泥主要水化产物，是强度的主要来源，K 型鸟粪石的热稳定性对于磷酸钾镁水泥在面临各种复杂环境时更好发挥各项优势具有重要的影响。
采用溶解-沉淀法合成高纯度的K 型鸟粪石，利用X 射线衍射（XRD ）、热重分析（TG/DSC ）、红外光谱分析（FTIR ）等方法研究了温度对K 型鸟粪石稳定性的影响规律。
结果表明：经50～110 ℃低温加热后K 型鸟粪石有不同程度的损失，50 ℃时损失较少，110 ℃时物相已完全被破坏。
关 键 词：K 型鸟粪石；磷酸钾镁水泥；温度；稳定性中图分类号：TQ172.1 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）12-1786-05磷酸镁水泥（MPC ）是一种凝结硬化快、强度高、体积稳定性好的一种新型水泥材料，由氧化镁和磷酸盐通过酸碱反应快速凝结硬化而成，若原材料采用磷酸二氢钾即为磷酸钾镁水泥（MKPC ）[1-2]。
近年来国内外对磷酸盐水泥的关注持续增加，根据发表文献数据来看，国外对MKPC 的研究起步较早，国内的研究热度日渐增长。
从研究内容来看，国外已经发展为深入到材料结构机理和性质的研 究[3]，如水化机理对水化产物的稳定性的影响；国内的研究主要在宏观性能方面，如掺合料改性优化其实际应用。
MKPC 在应用范围较广泛，因此会面临多种环境类型，如高温等复杂环境[4]。
MKPC 的稳定性主要由其水化产物K 型鸟粪石直接影响，研究K 型鸟粪石热稳定性，有利于MKPC 在复杂环境的应用。
磷酸镁水泥的研究与应用进展＊刘 凯,李东旭(南京工业大学材料科学与工程学院,南京210009)摘要 论述了磷酸镁水泥的一些研究进展,包括磷酸镁水泥的水化机理、水化产物、性能及其影响因素等,着重综述了磷酸镁水泥的耐久性问题和改性研究,在此基础上探讨了磷酸镁水泥的应用前景。关键词 磷酸镁水泥 化学结合陶瓷 水化机理 性能 改性 前景
ReviewofMagnesia-phosphateCementBasedMaterialsLIUKai,LIDongxu(CollegeofMaterialsScience&Engineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009)Abstract Thedevelopmentofmagnesium-phosphatecementinrecentdecadesisreviewed,includinghydrationmechanisms,hydrates,propertiesandrelatedinfluencingfactors.Herein,durabilityandmodificationstudyareespe-ciallyemphasized.Onthebasisoftheseaspects,applicationprospectsaredicussed.Keywords magnesium-phosphatecement,chemicallybondedceramics,hydrationmechanism,properties,modification,prospects
＊国家“十一五”支撑项目(2006BAJ04A04-05)
刘凯:男,1987年生,硕士研究生 E-mail:liufeeee@126.com 李东旭:通讯作者 E-mail:dongxuli@njut.edu.cn
1 概述磷酸镁水泥由酸性磷酸盐、重烧镁粉以及外加剂组成,最早于1939年首先使用。由于水化速度过快难以控制,早期一直无法实现实际应用。美国Brookhaven国家实验室[1,2]开发出了磷酸铵镁水泥,并对水化产物、水化机理等进行了研究;Argonne国家实验室[3]以磷酸二氢钾代替铵盐,发明了水化性能更优异的磷酸钾镁水泥,并一直致力于研究该系列水泥稳定化/固化各种废弃物的能力;丁铸等[4]以MgO含量较低的镁砂和粉煤灰为主要原料成功制备出凝结快、早期强度高的磷硅酸盐水泥。目前,磷酸盐水泥经过多年的发展,基本上形成磷酸铵镁水泥、磷酸钾镁水泥和磷硅酸盐水泥3大种类。磷酸镁水泥是一种新型气硬性胶凝材料,同时具有化学结合陶瓷的属性,具有一系列传统结构材料无以比拟的性能:(1)凝结硬化迅速,早期强度高,3h强度可达40MPa以上[5];(2)与旧混凝土有相近弹性模量和膨胀系数,体积相容性好,粘结强度高[6-8];(3)作为修补材料使用,具有优异的耐磨性能,经5000转的磨损作用,磨蚀深度仅在0.30mm左右,耐磨度高出普通硅酸盐水泥制品的1倍[6,8];(4)对钢筋的防锈性能好,同等条件下,钢筋的锈蚀率仅为普通硅酸盐水泥的22.8%和矿渣水泥的48.6%[8];(5)抗盐冻、冻融循环能力强,40次冻融循环后才出现表面剥蚀现象[7];(6)耐热性能好,理论上至少可以经受1300℃;超过800℃时,硬化水泥石转为类似陶瓷的结构,强度反而提高[1];(7)可以有效胶结除聚合物以外的各种废弃物,掺量大,有利于环保,降低成本,并提高磷酸镁水泥的性能[3];(8)镁质原料来源广泛,中国是世界上镁矿资源最丰富的国家,其菱镁矿资源总量31.45亿t,还有探明储量在40亿t以上的白云石矿,这些资源不但丰度高,还容易进行许多自然循环,这意味着磷酸镁水泥有着无穷无尽的镁质原料来源。但磷酸镁水泥也有明显的缺点:(1)尽管镁质原料来源广泛,从世界磷资源的现状分析,目前全球正面临磷资源短缺的危险,而开采磷矿的75%～85%用于生产磷肥,可能会导致磷酸镁水泥和农业抢“磷”的现象;(2)磷酸镁水泥凝结过快,尤其在高温环境下,而目前对磷酸镁仍缺少足够多的缓凝方法[9];(3)脆性大,抗冲击性能差;(4)作为一种气硬性
胶凝材料,磷酸镁水泥制品在潮湿环境或水养条件下,强度倒退较大[10];(5)磷酸镁水泥用作建筑材料时价格较贵。这
些弊端会影响磷酸镁水泥制品的质量,直接造成材料质量的不稳定,制约其实际的应用发展。磷酸镁水泥是一种可持续发展胶凝材料。与传统硅酸盐水泥的煅烧工艺相比,磷酸镁水泥不需要消耗大量的粘土资源和能源,在一定程度上有利于耕地的保护和能源的合理规划使用。在西方发达国家,磷酸镁水泥体系已大量用于生物材料、耐火材料、废弃物处理和建筑材料等;国内也于20世纪90年代初开始加大磷酸镁水泥基材料的研究力度。目前,磷酸镁水泥在我国仍未开始普及应用,仅有少量用于生物骨水泥方面的报道。总体而言,无论是研究还是应用领域,我国都是处于落后追赶的状态。磷酸镁水泥的研究仍不成熟,无论是水化机理、水化产物、微观结构还是缓凝机理,争议都比较大;针对磷酸镁水泥水化过快和耐湿性差的弊
·97·磷酸镁水泥的研究与应用进展/刘 凯等端,学术界仍没有足够多的办法。至于磷酸镁水泥其他的一些性能,比如长期性能、抗化学腐蚀、潮湿环境下的粘结性能、流动水侵蚀、施工办法等仍有待研究。针对目前磷酸镁水泥存在问题,改性和降低成本依然是磷酸镁水泥未来研究的一个重要方向。2 磷酸镁水泥的水化机理磷酸镁水泥的水化,实质上就是磷酸氢盐与重烧镁之间的酸碱中和反应,水化产物以水化磷酸镁和水化磷酸铵镁为主。Neiman和Sarma[11]首次通过XRD分析法确定了鸟粪石(NH4MgPO4·6H2O)相的存在,其他的水化物还包括NH4MgPO4·H2O、(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O、Mg3-(PO4)2·4H2O等,甚至可能存在Mg(OH)2[1,2,12,13]。Ab-delrazig等[12]认为,(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O是作为鸟粪石的中间水化产物而存在。Scrimgour等[14]通过31P固体MAS-NMR技术发现,磷酸铵镁水泥体系凝结硬化后的主要产物有鸟粪石、大量的无定形正磷酸镁和少量的MgHPO4·3H2O。目前,鸟粪石作为磷酸镁水泥最为主要的水化产物已经得到学术界一致认可,其含量与结构形态及其变化直接影响水泥的质量。鸟粪石和正磷酸镁的形成过程如下[14,15]:鸟粪石:NH4H2PO4+MgO+5H2O※NH4MgPO4·6H2O正磷酸镁:2NH4H2PO4+3MgO※Mg3(PO4)2+ 2NH4++H2O+2OH-对于磷酸镁水泥的水化硬化过程,大部分学者认可溶液-扩散机理[5,12,13]。磷酸镁水泥的水化是围绕着MgO颗粒进行的,体系中的离子形成水化物,这些水化物围绕着成核中心外向生长[5,12,13]。同时,水化过程受磷酸溶液的分步电离理论支配,只有当体系中PO43-不断出现时,PO43-、Mg2+、NH4+这3种离子才能与水相互作用生成磷酸铵盐络合物水化凝胶[16]。Soudée和Péra[17]进一步认为,氧化镁颗粒表面溶解生成的Mg2+进入溶液后结合6个水分子形成Mg-(H2O)62+络合物,该络合物取代水分子吸附并逐渐覆盖氧化镁颗粒表面,在氢键作用下与PO43-四面体、NH4+形成鸟粪石网络结构。这种多分子的鸟粪石网络结构可表达为(NH4MgPO4·6H2O)n[11]。磷酸钾镁水泥体系的水化硬化机理与磷酸铵镁水泥体系类似。磷酸钾镁水泥体系产物更为“纯洁”,主要水化产物为KMgPO4·6H2O;水化过快时才会有KMgPO4·H2O出现[4,18]。KMgPO4·6H2O与鸟粪石有相似的晶体结构,对磷酸钾镁水泥体系的性能作主要贡献。磷硅酸盐水泥中粉煤灰并没有改变水泥的水化产物,仅由于扩散渗透作用与基体中磷酸盐发生微弱的化学作用[4]。3 磷酸镁水泥的性能及其影响因素磷酸盐水泥具有强度高、凝结时间快的特点,而氧化镁颗粒活性与细度、P/M(n(磷酸盐)/n(氧化镁))比、水灰比、缓凝剂、掺合料、环境湿度和温度等都将会对磷酸镁水泥的各种性能造成影响。3.1 氧化镁颗粒活性与细度磷酸镁水泥的凝结时间直接受氧化镁溶解动力学支配。氧化镁活性越高,细度越大,磷酸镁水泥凝结越快,甚至影响成型;虽然粒度变细,早期强度发展加快,但是3d后强度基本无差别[5,19]。
3.2 P/M比随P/M比的减小,磷酸镁水泥的凝结时间逐渐缩短。通常而言,P/M比过大时,反应过剩的磷酸盐易使基体开裂、吸湿;而P/M比过小时,却不能生成足够的水化物填充在未反应氧化镁颗粒之间。P/M比一般在1/4～1/5之间时材料拥有最好的力学性能[18]。
3.3 水灰比在磷酸镁水泥中,氧化镁相对于磷酸盐是远远过量的,这就存在一个用水量可以确保刚好所有磷酸盐都能转化为六水合物,在这一点附近材料具有最好的胶凝性能。提升水灰比可在一定程度上延长凝结时间,水化更完全也使得放热温峰大幅升高,可高至88℃[20];而高水灰比也会在多余水分
蒸发后留下大量连通的空隙结构,这些都会影响材料的耐久性能。3.4 缓凝剂目前,针对磷酸镁水泥的缓凝剂用得最多、效果最好的是硼砂。硼砂掺量越大,缓凝效果越好,且凝结时间越易控制。缓凝剂对材料的早期强度影响较大,1d后强度基本可以持平[7,18]。
3.5 掺合料掺合料主要包括粉煤灰、矿渣、填充料等。粉煤灰可以调节磷酸镁水泥的颜色,改善磷酸镁水泥的流动性,降低新拌材料的粘性,使之更方便操作施工。而当粉煤灰掺量超过12%时可明显延长磷酸镁水泥的凝结时间。水泥早期强度随粉煤灰掺量的增多而减少,却又可以提高后期强度。另外,粉煤灰的掺入还有利于水泥粘结强度的提高[18,21]。但粉
煤灰也会使磷酸镁水泥耐磨性下降。其他磨细河沙、石粉、矿渣、废弃混凝土都可以作为磷酸镁水泥的掺合料,其中硅质原料的填充效应要远远好于钙质原料,更有利于材料力学性能的发展与稳定。3.6 环境温度和湿度在潮湿和长期接触水的环境下,磷酸镁水泥强度会出现大幅倒退,在这些条件下使用都应当保持谨慎[10,22]。同时高
温环境下磷酸镁水泥水化更快,工作性能变差,既影响施工,也可能影响到其他一些性能[6]。国外施工的主要办法是,寒
冷条件先25℃水预热搅拌设备,施工完毕后以聚乙烯料护板保温50min;而在高温下,使用冷水冷却搅拌器并作为搅拌用水。
4 磷酸镁水泥的改性磷酸镁水泥的一系列优异性能使其能够满足多种特殊条件的使用要求。磷酸镁水泥凝结时间过快一直是不争的事实,这就需要有足够有效的缓凝措施;而在潮湿环境和经
