一种耐水性磷酸镁水泥及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐水性的磷酸镁水泥，尤其是一种能保证其在水环境中强度的早 强型水泥及其应用。 (二）
【背景技术】
[0002] 耐水性磷酸镁水泥是一种能够在水中随着龄期增加强度，长期耐久性得到保证的 材料。现有的磷酸镁水泥（MPC)与普通硅酸盐水泥相比，具有低温凝结快、黏结强度高、干 缩小、耐磨性和抗冻性良好等优点，同时发现，水养条件下或者潮湿环境下，磷酸镁水泥强 度发展缓慢甚至发生了一定程度的强度倒缩，体积稳定性明显降低，足见其耐水性亦差，很 难满足海工或水工建设日益多样化的需求等。如果处于潮湿或者降雨较多地区，势必会对 其耐久性产生影响，这在一定程度上影响了它的广泛应用。由此可见，有必要提供一种耐水 性磷酸镁水泥，既能快速提高自身早期强度，又能维持长期强度，降低渗透性，也能改善耐 水性，为提高磷酸镁水泥的耐久性创造有利条件。
[0003] 另一方面，在航道、输水河道的清淤和港口新建、扩建等海洋工程中，通常在含水 丰富且潮湿的环境下会产生大量的疏浚淤泥，而使用现有的普通硅酸盐水泥处理淤泥，会 因固化淤泥早期强度低使淤泥处理时间长，从而需设置大量陆地储泥场。因此，有必要提供 一种耐水性磷酸镁水泥，能够提高固化淤泥的早期强度，从而缩短淤泥的处理时间和占地 面积。 (三）
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种耐水性磷酸镁水泥，以使水泥本身长期强度得到保证， 渗透性低，水中强度损失少，耐水性提高。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 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，所述矿澄的质量含量基于磷酸镁水泥（Magnesium Phosphate Cement，MPC)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，矿渣中含有大量玻璃体和少 量晶体，所含玻璃体和晶体的主要物相为石英（Si0 2)、硅酸二钙（C2S)和硅酸钙（CS)等。
[0007] 进一步，本发明所述的耐水性磷酸镁水泥的组分还包括缓凝剂，所述缓凝剂的质 量含量为重烧氧化镁质量的5%?10%。
[0008] 优选的，本发明所述的耐水性磷酸镁水泥由下列组分组成：重烧氧化镁、磷酸盐、 矿渣、缓凝剂，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（MPC)的总质量为10%?30%，所述缓凝剂 的质量含量为重烧氧化镁质量的5%?10%。
[0009] 本发明所述的重烧氧化镁是由轻质碳酸镁经过1500?1700°C高温煅烧而成的， 目数为100?200,纯度为92?96%，比表面积为2200?3800cm 2/g。
[0010] 本发明所述的矿渣经粉磨1?3h，比表面积为3600?4500cm2/g。
[0011] 优选所述的磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸氢二钾中的一种 或两种以上任意比例的化合物。
[0012] 优选所述的缓凝剂为硼酸或硼砂，或两者任意比例的混合物。
[0013] 本发明所述的耐水性磷酸镁水泥可用于处理重金属污染的土壤，所述的应用方法 为：将所述耐水性磷酸镁水泥的各组分混合均匀，加入水搅拌形成水泥砂浆，将所得水泥砂 浆喷洒在污染的土壤上对其中的重金属等有害物质进行固化；所述水的加入质量为耐水性 磷酸镁水泥总质量的10%?18% (水量在该范围时，水泥能与水拌合均匀、充分反应，并使 水泥有效发挥其早强特性和耐水性）；所述耐水性磷酸镁水泥的掺入质量为污染土壤质量 的 15%?20%。
[0014] 将本发明所述的耐水性磷酸镁水泥应用于河道疏浚淤泥中，能够快速提高其强 度，从而可以使疏浚淤泥土用于其他工程，减少了其占地时间。具体应用方法与上述应用于 污染土壤的方法相同。
[0015] 本发明所述的耐水性磷酸镁水泥还可用于原地处理地基土，围海造陆，道路、桥 梁、机场跑道的快速修补，海洋工程及军事抢修。应用时，将所述的耐水性磷酸镁水泥加水 制备成水泥砂浆，将水泥砂浆直接喷洒在地基，淤泥上对其进行固化处理，所述水泥砂浆的 制备方法为：将耐水性磷酸镁水泥的各组分混合均匀，加入水搅拌即形成水泥砂浆，所述水 的加入质量为耐水性磷酸镁水泥总质量的10 %?18%。
[0016] 下面对本发明技术方案的原理进行阐释。
[0017] 本发明的技术方案，需要重点解决的问题在于：重烧氧化镁与磷酸盐混合后，加 入一定量的水，会不断发生酸碱中和反应，产生水化产物，此水化产物形成的胶凝颗粒是 水泥本身的强度来源，同时填充水泥颗粒间的孔隙。如磷酸盐以磷酸二氢钾为例，则两 者反应产生的主要水化产物为K型鸟粪石（MgKP0 4 ? 6H20)，但是此水化产物在遇水或潮 湿环境下，磷酸镁水泥浆体表面的磷酸盐首先被溶蚀，在溶液中形成酸性环境，进而导致 MgKP0 4 ? 6H20 (MKP)晶体和凝胶部分溶解，在浆体表面和内部形成孔隙和裂纹，致使结构致 密度下降、孔隙率增大，氧化镁颗粒表面和间隙起胶结作用的水化产物逐渐减少，结构疏 松，从而导致磷酸镁水泥强度倒缩。
[0018] 本发明的技术方案，之所以能改善磷酸镁水泥的耐水性，防止水泥自身后期强度 的倒缩与体积稳定性的降低，是由于在原先磷酸镁水泥的基础上，掺加一定量的矿渣粉，有 利于抑制磷酸盐溶出，防止水泥出现大量的孔隙，可相对提高水泥砂浆的强度。并且矿渣的 掺加对MPC养护溶液的pH值有一定的提高，使得水泥保持在碱性溶液环境下，而矿渣的掺 加对于抑制MKP的溶解也有一定的作用，能保证大量的MKP核生成，从而有利于MPC在水中 的强度有一定的保证，不会下降得过多。后期通过分析SEM图谱发现土体孔隙减少，结构较 为致密，显著提高了水泥自身的强度。
[0019] 所述的水泥中，当磷酸盐以磷