专利名称：：快硬早强磷酸镁混凝土及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种建筑材料，具体地讲，是一种快硬早强磷酸镁混凝土，其可用于公路、机场、桥梁、港口码头等工程或结构的快速修补及有毒有害物质的快速固化与封闭，也可用于硫酸盐侵蚀、海水侵蚀、低温环境等恶劣条件下的土木建筑工程。
背景技术：
：磷酸镁水泥(MPC)是由MgO、磷酸盐、缓凝剂及矿物掺合料按一定比例配制而成。其中，作为主要原料之一的MgO是由菱镁矿(MgCO3)经1700'C左右高温煅烧而成；磷酸盐是生产磷酸镁水泥的另一种重要原材料，主要为水化反应提供酸性环境和磷酸根离子，目前配制磷酸镁水泥多使用磷酸二氢铵(NH4H2P04)。为使磷酸镁水泥具有充分的施工操作时间，缓凝剂也是必不可少的组分之一。目前多使用硼酸盐(硼砂)作为磷酸镁水泥的缓凝剂(磷酸镁水泥的研究进展，<<材料导报>>2005年第19巻第12期)。磷酸镁水泥具有水化迅速、早期强度高和环境适应性广等特点，可广泛应用于机场跑道、桥梁、码头、高速公路与市政主干道的快速修补工程、岩土边坡的快速加固与整治工程、有毒有害物质快速固化与封闭工程，在国防工程建设中也有非常重要的应用价值。中国专利"一种超快硬道路修补材料"(公开号为CN1415573A)，公开了一种采用氧化镁、粉煤灰、磷酸二氢氨、硼砂为原材料的快硬道路修补材料。该快硬道路修补材料利用了磷酸镁水泥强度大、凝结速度快点的特点，但是其采用的磷酸二氢氨在水化反应过程中会释放出刺激性的氨气，不仅会污染环境，还会造成人体的伤害，不利于该材料的推广应用。而且，该修补材料及其它磷酸镁水泥均局限于水泥净浆和砂浆形式，无粗集料，导致材料成本居高不下，且还存在收縮率较大的问题。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种快硬早强磷酸镁混凝土，其收縮率低和体积稳定性好，且成本低，施工过程中不会释放出刺激性的氨气。为了解决上述问题，本发明的技术方案为-一种快硬早强磷酸镁混凝土，它主要主要由氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、细集料、粗集料和水按一定重量比例配制而成，各组分的重量百分比为氧化镁12.7%30%、磷酸盐8.720%、缓凝剂1.215%、细集料1025%、粗集料1050%，水为余量；所述磷酸盐为磷酸二氢钾和/或磷酸二氢钠；所述缓凝剂为硼砂、硼酸、碳酸钾和多聚磷酸钠中的一种或两种以上；所述细集料为河砂、海砂和镁砂一种或两种以上；所述粗集料为碎石或卵石。作为本发明的优选实施例，上述氧化镁化学成分中氧化转含量小于5%，它的比表面积为25004500cm2/g。作为本发明的优选实施例，它还添加有掺合料，各组分的重量百分比为氧化镁12.7%23.4%、磷酸盐8.712.7%、缓凝剂1.21.9%、掺合料510%、细集料19.121.4%、粗集料36.144.5%、水为余量；所述掺合料为粉煤灰和/或硅灰。所述粉煤灰最好为低钙干排灰或低钙湿排灰。本发明另一目的在于提供一种快硬早强磷酸镁混凝土的制备方法，按照如下步骤进行(1)按重量百分比，备好下列原料氧化镁12.7°/。30°/。、磷酸盐8.720%、缓凝剂1.215%、细集料1025%、粗集料1050%，水为余量；所述磷酸盐为磷酸二氢钾和/或磷酸二氢钠；所述缓凝剂为硼砂、硼酸、碳酸钾和多聚磷酸钠中的一种或两种以上；所述细集料为河砂、海砂和镁砂一种或两种以上；所述粗集料为碎石或卵石；(2)混合均化在容器内按先后顺序加入氧化镁、缓凝剂和磷酸盐，搅拌混合至均匀，或边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、缓凝剂和磷酸盐；(3)加集料往搅拌容器内按先后顺序加入细集料和粗集料并搅拌均匀；(4)制备磷酸镁混凝土将水加入搅拌容器，快速搅拌l3min，得混凝土料浆。相对于现有技术，本发明磷酸镁混凝土具有如下特点-(1)凝结硬化速度快，强度发展迅速，早期强度高，可迅速恢复工程或结构的使用功能；(2)由于本发明所用磷酸盐为磷酸二氢钾和/或磷酸二氢钠，水化过程中不会产生NH4+，因此制备及使用过程无氨气等刺激性气体产生，对环境和人体不会产生不良影响；(3)凝结时间可调，根据需要可在570min内调整；(4)体积稳定性好、干縮率非常低，与待修补的普通水泥混凝土具有较好的相容性；(5)该材料主要是通过酸碱反应形成强度，强度发展迅速且早期强度高，能够迅速达到并超过允许受冻的混凝土临界强度(3.5MPa)，因此可用于负温寒区环境下施工；(6)该材料水化产物主要是磷酸镁盐，无氢氧化钙，因此不会出现普通硅酸盐水泥混凝土的硫酸盐侵蚀破坏，具有较好的抗硫酸盐侵蚀及抗海水侵蚀性能；(7)本发明不需要对原材料进行特殊处理，养护可采用空气中自然养护，且所用设备采用普通混凝土制备设备即可，制备方法、工艺和所需设备简单；同时由于粗集料的引入降低了成本，便于推广应用。具体实施例方式下面结合实施例进一步对本发明加以说明。实施例1(1)按照下列各组分的重量百分比备料氧化镁(比表面积为3500cm2/g):23.3%磷酸二氢钾8.0%磷酸二氢钠3.7%硼酸1.9%河砂(细度模数2.6):19.2%石子(粒径小于10mm石灰石碎石)36.1%水(自来水)7.8%(2)制备混凝土启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、河砂和石子，混合至均匀；最后将自来水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)性能检测①力学性能检测将混凝土料浆浇注成型2h后，测得抗压强度为21.1MPa，ld抗压强度为43.8MPa，7d抗压强度为64.6MPa。②收縮性能检测本试验主要考察本发明与磷酸镁水泥净浆和磷酸镁水泥砂浆的干縮率对比。试件采取空气中自然养护，试件必须在lh内完成拆模，并以lh时所测的长度作为试件的原始长度。磷酸镁水泥净浆的配合比为，氧化镁磷酸二氢钾磷酸二氢钠硼砂水=1:0.34:0.16:0.08:0.19，水固比为0.12;磷酸镁水泥砂浆的配合比为，氧化镁磷酸二氢钾磷酸二氢钠硼砂河沙水=1:0.34:0.16:0.08:1.58:0.29。结果见下表<table><table>从表中数据可知，本发明制得的磷酸镁混凝土具有比磷酸镁水泥净浆和磷酸镁水泥砂浆更低的收縮率，说明磷酸镁混凝土具有更好的体积稳定性。③凝结时间检测本试验主要考察缓凝剂掺量对磷酸镁混凝土凝结时间的影响。通过改变缓凝剂硼酸的掺量(2%、5%、8%、10%和15%),而相对应地调整粗集料石子的含量(36%、33%、30%、28%和25%)，使得总量保持100%。试验结果表明当硼砂的掺量依次为2%、5%、8%、10%和15%时，磷酸镁混凝土的凝结时间则分别为10min、20min、45min、65min和70min。实施例2(1)按照下列各组分的重量百分比备料氧化镁(比表面积为4000cm2/g):23.2%磷酸二氢钾9.2%磷酸二氢钠2.5%硼砂1.5%多聚磷酸钠0.3%湛江海砂(细度模数1.8):19.1%石子(粒径小于20mm破碎卵石)35.9%水(湛江海水)8.3%(2)制备混凝土启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼砂、多聚磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、海砂和卵石，混合至均匀；最后将海水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)力学性能检测混凝土料浆浇注成型2h后，测得抗压强度为33.0MPa，ld抗压强度为52.7MPa,7d抗压强度为58.5MPa。实施例3(1)按照下列各组分的重量百分比备料:氧化镁(比表面积为4500cm2/g):12.7%磷酸二氢钾8.7%磷酸二氢钠4.0%硼酸0.9%多聚磷酸钠0.3%河砂(细度模数2.6):21.4%石子(粒径小于20mm石灰石碎石)44.5%水(自来水)7.5%(2)制备混凝土启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼酸、多聚磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、河砂和石子，混合至均匀；最后将自来水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)力学性能检测混凝土料桨浇注成型2h后，测得抗压强度为22.6MPa，ld抗压强度为39.3MPa，7d抗压强度为52.5MPa。实施例4(1)按照下列各组分的重量百分比备料氧化镁(比表面积为3000cm2/g):18.2%磷酸二氢钾8.7%硼砂1.2%碳酸钾0.3%粉煤灰7.8%河砂(细度模数2.6):19.4%石子(粒径小于10mm石灰石碎石)36.5%水(自来水)7.9°/。本实施例中，采用的掺合料为低钙干排粉煤灰，也可采用低钙湿排粉煤灰或硅灰，或者是它们的组合物。(2)制备混凝土启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼砂、碳酸钾、磷酸二氢钾、粉煤灰、河砂和石子，混合至均匀；最后将自来水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)力学性能检测混凝土料浆浇注成型2h后，测得抗压强度为27.1MPa，ld抗压强度为32.6MPa，7d抗压强度为34.3MPa。实施例5磷酸镁混凝土配合比为(重量百分比)氧化镁(比表面积为3000cm2/g):23.4%磷酸二氢钾11.7%硼砂1.9%河砂(细度模数2.0):19.2%石子(粒径小于10mm石灰石碎石)36.2%水(自来水)7.6%(2)制备混凝土首先按重量配合比例称取各组分备料；接着启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼砂、磷酸二氢钾、河砂和石子，混合至均匀；最后将自来水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)力学性能检测混凝土料浆浇注成型2h后，测得抗压强度为33.9MPa，ld抗压强度为38.9MPa，7d抗压强度为51.5MPa。实施例6磷酸镁混凝土配合比为(重量百分比)氧化镁(比表面积为2500cm2/g):30.0%磷酸二氢钾7.9%磷酸二氢钠12.1%硼酸3.6%多聚磷酸钠1.4%镁砂(细度模数1.6):25.0%石子(粒径小于10mm石灰石碎石)11.3%水(自来水)8.7%(2)制备混凝土首先按重量配合比例称取各组分备料；接着启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼酸、多聚磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、镁砂和石子，混合至均匀；最后将自来水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)力学性能检测混凝土料浆浇注成型2h后，测得抗压强度为19.7MPa，ld抗压强度为42.9MPa，7d抗压强度为58.5MPa。实施例7磷酸镁混凝土配合比为(重量百分比)氧化镁(比表面积为3500cm2/g):22.0%磷酸二氢钾10.0%硼砂3.6%多聚磷酸钠1.4%湛江海砂(细度模数1.8):19.1%石子(粒径小于10mm石灰石碎石)35.7%水(自来水)8.2%(2)制备混凝土首先按重量配合比例称取各组分备料；接着启动混凝土搅拌机，边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、硼砂、多聚磷酸钠、磷酸二氢钾、湛江海砂和石子，混合至均匀；最后将自来水加入混凝土搅拌机，快速搅拌2min，得混凝土料浆。(3)力学性能检测混凝土料浆浇注成型2h后，测得抗压强度为9.7MPa，ld抗压强度为18.3MPa，7d抗压强度为28.5MPa。上述实施例1、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7中所用的粗集料均为粒经小于10mm的连续级配石灰石碎石，其颗粒级配按照GB/T14685-2001测得筛孔尺寸为16.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm的分计筛余分别为0%、6.2%、81.2%、10.9%，小于2.36mm则占石子总量的1.7°/。，符合标准规定。实施例2所用的粗集料为粒经小于20mm的连续级配破碎卵石，其颗粒级配按照GB/T14685-2001测得筛孔尺寸为26.5mm、19.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm的分计筛余分别为0%、2.2%、63.8%、30.6%和0.6%,小于2.36mm则占石子总量的2.9%，符合标准规定。实施例3所用的粗集料为粒经小于20mm的连续级配石灰石碎石，其颗粒级配按照GB/T14685-2001测得筛孔尺寸为26.5mm、19.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm的分计筛余分别为0%、3.1%、45.4%、47.3%和3.3%，小于2.36mm则占石子总量的1.0%,符合标准规定。权利要求1.一种快硬早强磷酸镁混凝土，其特征在于主要由氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、细集料、粗集料和水按一定重量比例配制而成，各组分的重量百分比为氧化镁12.7％～30％、磷酸盐8.7～20％、缓凝剂1.2～15％、细集料10～25％、粗集料10～50％，水为余量；所述磷酸盐为磷酸二氢钾和/或磷酸二氢钠；所述缓凝剂为硼砂、硼酸、碳酸钾和多聚磷酸钠中的一种或两种以上；所述细集料为河砂、海砂和镁砂一种或两种以上；所述粗集料为碎石或卵石。2.根据权利要求1所述的快硬早强磷酸镁混凝土，其特征在于所述氧化镁化学成分中氧化钙含量小于5%，它的比表面积为25004500cm2/g。3.根据权利要求1或2所述的快硬早强磷酸镁混凝土，其特征在于它还添加有惨合料，各组分的重量百分比为氧化镁12.7%23.4%、磷酸盐8.712.7%、缓凝剂1.21.9%、掺合料510%、细集料19.121.4%、粗集料36.144.5%、水为余量；所述掺合料为粉煤灰和/或硅灰。4.根据权利要求3所述的快硬早强磷酸镁混凝土，其特征在于所述粉煤灰为低钙干排灰或低钙湿排灰。5.如权利要求1所述的快硬早强磷酸镁混凝土的制备方法，其特征在于按照如下步骤进行(1)按重量百分比，备好下列原料氧化镁12.7%30%、磷酸盐8.720%、缓凝剂1.215°/。、细集料1025%、粗集料1050%，水为余量；所述磷酸盐为磷酸二氢钾和/或磷酸二氢钠；所述缓凝剂为硼砂、硼酸、碳酸钾和多聚磷酸钠中的一种或两种以上；所述细集料为河砂、海砂和镁砂一种或两种以上；所述粗集料为碎石或卵石；(2)混合均化在容器内按先后顺序加入氧化镁、缓凝剂和磷酸盐，搅拌混合至均匀，或边搅拌边按先后顺序加入氧化镁、缓凝剂和磷酸盐；(3)加集料往搅拌容器内按先后顺序加入细集料和粗集料并搅拌均匀；(4)制备磷酸镁混凝土将水加入搅拌容器，搅拌l3min，得混凝土料浆。全文摘要本发明公开了一种快硬早强磷酸镁混凝土，它主要由氧化镁、磷酸盐、缓凝剂、细集料、粗集料和水按一定重量比例配制而成，各组分的重量百分比为氧化镁12.7％～30％、磷酸盐8.7～20％、缓凝剂1.2～15％、细集料10～25％、粗集料10～50％，水为余量；该混凝土材料具有凝结硬化快、早期强度高、耐侵蚀性好等特点，可广泛应用于公路、机场、桥梁、港口码头等工程或结构的快速修补及有毒有害物质的快速固化与封闭，也可用于硫酸盐侵蚀、海水侵蚀、低温环境等恶劣条件下的土木建筑工程。本发明的制备方法、工艺及所需设备简单，成本低且施工过程中不会产生刺激性的氨气，便于推广应用。文档编号C04B28/34GK101386518SQ20081023293公开日2009年3月18日申请日期2008年10月28日优先权日2008年10月28日发明者汪宏涛申请人:汪宏涛