磷酸鹽水泥陳德玉材料科學與工程1ppt課件概述磷酸鹽水泥屬于化學結(jié)合水泥,也就是以金屬和酸溶液或鹽為基本組分通過化學反應而形成。磷酸鹽水泥可用來制得多種耐熱和熱穩(wěn)定性材料，防腐和電絕緣涂料以及高效能膠等。某些性能近似于陶瓷材料。2ppt課件概述用磷酸鹽膠結(jié)料制取材料時不需要進行高溫煅燒，這些材料在許多侵蝕性介質(zhì)中都是穩(wěn)定的。磷酸鹽水泥主要包括磷酸鋁水泥，磷酸鎂水泥，磷酸銨水泥等。3ppt課件磷酸鎂水泥磷酸鎂水泥快凝快硬,早期強度高,低溫凝結(jié)速度快,與舊混凝土的黏結(jié)強度高,耐磨性及抗凍性好,干縮小。適用于，高速公路，機場跑道，市政干道的快速修補，在軍事工程搶修搶建及有害物質(zhì)的固化方面也有廣闊的應用前景。4ppt課件一.研究現(xiàn)狀我國對磷酸鎂膠凝材料(MagnesiumPhosph-ateCementitious,簡稱MPC)的研究要明顯遲于西方國家,目前的應用也僅限于修補材料,而其他方面的應用,如處理有害及放射性廢料、人造板材黏結(jié)劑、利用工業(yè)廢料生產(chǎn)建筑材料這些方面相對比較少。5ppt課件二.磷酸鎂水泥的制備磷酸鎂水泥是由MgO,磷酸鹽,緩凝劑以及礦物攙和料按一定比例配制而成。其中氧化鎂是由菱鎂礦1700℃左右經(jīng)高溫煅燒而成。磷酸鹽主要為水化反應提供酸性環(huán)境和酸根離子，目前配置磷酸鎂水泥多用磷酸二氫銨。6ppt課件為使磷酸鹽水泥具有充分的施工操作時間，目前多使用硼酸鹽（硼砂）作為磷酸鎂水泥的緩凝劑。粉煤灰價格低廉，來源廣泛，常用做磷酸鎂水泥的礦物攙和料，不僅可以降低成本，還可以調(diào)整磷酸鎂水泥的顏色以及改善磷酸鎂水泥的性能。7ppt課件三.磷酸鎂水泥的水化機理磷酸鎂水泥的水化實質(zhì)上是一個以酸堿中和反應為基礎的放熱反應。磷酸鎂的水化反應機理有局部化學反應機理（topochemicalmechanism）和溶液擴散機理（through-solutionmechanism）兩種解釋。但目前大多數(shù)學者贊同溶液擴散機理。8ppt課件

按照溶液擴散機理，磷酸鎂水泥水化反應過程可概括為：⑴磷酸鎂水泥與水混合后，硼砂與磷酸鹽的陰，陽離子迅速溶解于水，相比之下，MgO的溶解要慢得多。⑵由緩凝劑硼砂溶解生成的B4O72-離子迅速吸附到MgO顆粒表面，形成一層以B4O7

2-和Mg2+為主的水化產(chǎn)物層，阻礙了MgO的溶解以及NH4+和H2PO4-離子與MgO顆粒的接觸，達到緩凝目的。9ppt課件⑶磷酸鹽的離子逐漸滲入并透過阻礙層，與MgO

顆粒表面接觸，加快水化速率，形成越來越多的磷酸鹽水化物。隨著磷酸鹽水化產(chǎn)物的不斷形成，由于體積膨脹，使阻礙層脹破，導致大量磷酸鹽離子與MgO顆粒接觸，迅速形成大量的磷酸鹽水化產(chǎn)物。⑷隨著磷酸鹽水化產(chǎn)物的不斷增多和向外生長，各個MgO顆粒及其他填料（如粉煤灰）表面包裹的水化產(chǎn)物相互結(jié)合成一個整體，從而使磷酸鎂水泥達到硬化。10ppt課件注：如果磷酸鎂水泥中沒有硼砂等緩凝劑的存在，Mg2+和磷酸二氫銨溶解產(chǎn)生的NH4+,H2PO42-和PO43-就會迅速反應生成磷酸鹽水化物，磷酸鎂水泥則表現(xiàn)出凝結(jié)時間過快而不利于成型的特性。11ppt課件四.影響磷酸鎂水泥凝結(jié)的因素磷酸鎂水泥的水化速度非?？?特別適合于工程的快速修補。但是如果水泥的水化速度過快，不僅會造成成型不便，而且還會影響到試件的最終強度和其他性能。因此，對磷酸鎂水泥緩凝措施的研究一直是研究者所關注的重點。影響磷酸鎂水泥凝結(jié)速度的因素主要有：MgO的活性及比表面積，緩凝劑的種類及數(shù)量，環(huán)境溫度及試件大小等。12ppt課件磷酸鎂水泥所使用的MgO一般是碳酸鎂經(jīng)1000℃以上的高溫（通常是1700℃）煅燒而成，其活性要比1000℃以下煅燒生成的MgO活性低許多，起到了降低水化反應速度的作用；磷酸鎂水泥的水化速度還會隨MgO的比表面積的增大而迅速加快。在其他條件相同的情況下MgO比表面積在2340㎝2/g時，磷酸鎂水泥的凝結(jié)時間越為9min；當MgO的比表面積為3130㎝2/g時，磷酸鎂水泥的凝結(jié)時間為3.5min;當MgO的比表面積為7380

㎝2/g時，磷酸鎂水泥因為凝結(jié)速度過快而無法成型。13ppt課件緩凝劑硼砂是一種非常有效的磷酸鎂水泥緩凝劑，隨著硼砂摻量的增加，磷酸鎂水泥的凝結(jié)時間會明顯延長，施工操作性能顯著提高。但是應當注意的是，硼砂和其他的緩凝劑一樣，其緩凝效果往往是以犧牲磷酸鎂水泥的早期強度為代價。14ppt課件

其他緩凝措施降低磷酸鎂水泥的水化速度還可以通過降低反應溫度，如用冷水成型或在寒區(qū)施工來實現(xiàn)。在同樣條件下，大試件的凝結(jié)硬化速度要比小試件的凝結(jié)硬化速度快，這主要是由于磷酸鎂水泥的水化反應是放熱反應，試件越大，放熱量就越大，從而大大促進磷酸鎂水泥的水化速度。15ppt課件五.影響磷酸鎂水泥強度的因素磷酸鎂水泥的早期強度發(fā)展很快,且強度隨齡期延長不斷增高,但到7天以后就基本趨于穩(wěn)定,之后的強度發(fā)展的非常緩慢。影響磷酸鎂水泥強度的因素主要包括以下幾個方面：⑴磷酸鹽/氧化鎂比值。過大或過小的磷酸鹽/氧化鎂比值都會降低磷酸鎂水泥的強度，其值在1/4到1/5之間時，磷酸鎂水泥的強度最高。16ppt課件⑵緩凝劑摻量。隨著硼砂緩凝劑摻量的增加，磷酸鎂水泥的強度尤其是早期強度迅速降低。⑶氧化鎂細度。氧化鎂細度主要對磷酸鎂水泥的早期強度產(chǎn)生影響，隨細度的增加，早期強度增加，但細度對后期強度影響不大。⑷用水量。W/固的增加會使強度迅速下降。17ppt課件⑸礦物摻和料。粉煤灰雖然會造成早期強度降低，但合適的摻量對后期強度還有提高的效果。⑹環(huán)境。溫度的增加可提高MPC水泥的早期強度，但對后期強度影響不大，過高的溫度反而不利于磷酸鎂水泥強度的發(fā)展。另外，在干燥空氣養(yǎng)護條件下的強度發(fā)展要比在水中養(yǎng)護條件好。18ppt課件六.磷酸鎂水泥研究應用中亟需解決的問題雖然磷酸鎂水泥具有諸多優(yōu)良性能,但其廣泛應用特別是作為建筑材料,還需要進一步深入的研究。作為一種新型的膠凝材料，目前對其化學組成和力學性能還缺乏深入的理論研究，如有關材料的緩凝機理，水化機理及界面結(jié)構(gòu)的研究還存在一定的爭議；對材料的耐久性研究及與該材料相對應的施工技術，施工工藝研究還十分缺乏。19ppt課件由于擔心磷酸鎂水泥材料長期與水接觸時會發(fā)生強度倒縮，故現(xiàn)階段該材料只作為快硬修補材料使用，還未見用于結(jié)構(gòu)工程或諸如海港碼頭，海洋建筑等長期與水接觸的工程。雖然有研究指出磷酸鎂水泥材料長期泡水后強度倒縮程度并不嚴重，對于道路，機場跑道，高速公路，橋梁等結(jié)構(gòu)的修補由于不會長期浸泡在水中，使用磷酸鎂水泥沒有任何問題。但對于結(jié)構(gòu)工程和長期與水接觸的工程的應用還是要謹慎。因此，很有必要對磷酸鎂水泥強度倒縮機理及減少強度倒縮的措施進行詳細系統(tǒng)的研究。20ppt課件目前生產(chǎn)磷酸鎂水泥所使用的磷酸鹽原料主要是磷酸二氫銨（NH4H2PO4）,其在施工過程及水化過程中都會放出氨氣。氨氣的大量放出不僅會刺激人們的感官，還會對人體器官造成損害。因此，可以考慮選擇其他酸和磷酸鹽代替磷酸二氫銨來生產(chǎn)磷酸鎂水泥，使其既能提供酸堿反應的酸性離子，在反應過程中又不會放出氨氣。實驗發(fā)現(xiàn)確實可以使用其他磷酸鹽代替磷酸二氫銨來生產(chǎn)磷酸鎂水泥，只是這些磷酸鹽會造成磷酸鎂水泥早期強度及其他性能的下降。21ppt課件另外，修補材料與舊混凝土材料間的相容性是決定最終修補質(zhì)量的關鍵因素之一。因此有必要對磷酸鎂水泥修補材料與舊混凝土間的界面黏結(jié)，收縮及膨脹，彈性模量及耐化學侵蝕方面展開研究。同時還應加強對磷酸鎂水泥的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，材料組成，結(jié)構(gòu)與性能之間的關系及隨時間長期變化的規(guī)律以及大規(guī)模施工應用的研究。22ppt課件雖然同有機修復材料（如環(huán)氧樹脂）相比，磷酸鎂水泥修補材料的成本不算高，但同無機修補材料（如快硬硫鋁酸鹽水泥）相比，磷酸鎂水泥修補材料的成本仍顯偏高，這限制了其在國內(nèi)的推廣使用。對礦物攙和料及低品質(zhì)，低成本磷酸鹽在磷酸鎂水泥中應用的研究也是一個重要方向。23ppt課件

磷酸鋁水泥

24ppt課件概述磷酸鋁水泥主要用于制備耐高溫材料,特別是磷酸鹽耐火混凝土。其熱穩(wěn)定性好，耐磨，抗壓強度高，抗熔渣侵蝕性和抗沖擊性能好，但是成本比較高。25ppt課件磷酸鋁水泥原料：制造磷酸鋁水泥時一般利用氫氧化鋁，未煅燒和煅燒過的氧化鋁，人造氧化鋁等作為原料。26ppt課件磷酸鋁水泥在耐火混凝土方面的應用制作耐火混凝土常用的配合比是：耐火粉料30℅～40℅，耐火集料60℅～70℅，外加11℅～14℅的磷酸鋁溶液和2℅～3℅的高鋁水泥作促凝劑。粉料要通過0.08mm方孔篩，集料粒徑小于15mm。最常用的集料為高鋁質(zhì)和耐火黏土質(zhì)集料。磷酸鋁的制備采用磷酸溶液（濃度50℅）：Al（OH）3=7：1。27ppt課件磷酸鋁水泥制備混凝土時，先將粉料和集料拌和均勻，最后加入3/5的膠結(jié)劑進行攪拌，并靜置一段時間，使集料和粉料中夾雜的金屬鐵等雜質(zhì)與膠結(jié)劑充分反應，排除氫氣，以避免混凝土成型后產(chǎn)生膨脹和結(jié)構(gòu)疏松。然后加入促進劑拌和均勻，再加入剩余的膠結(jié)劑并拌和均勻，最后澆注成型，一天后拆模，在空氣中養(yǎng)護3天后使用。磷酸鋁及磷酸鋁耐火混凝土的性能見書上320頁。28ppt課件

磷酸銨水泥

29ppt課件定義用劑，膠結(jié)其他金屬氧化物而磷酸銨作為黏結(jié)制成的水泥稱為磷酸銨水泥。30ppt課件磷酸銨水泥的制備

以MgO-NH4H2PO4系統(tǒng)為基礎，按不同配方設計的混凝土可以修補道路。例如，Limes和Russel提出的配方中，認為最好是含有10℅～50℅氧化鎂的集料和磷酸銨溶液想混合。磷酸銨中含有38℅的偏磷酸鹽，48℅的焦磷酸鹽，10℅的三聚磷酸鹽，3℅的四聚磷酸鹽和1℅的高聚磷酸鹽。磷酸31ppt課件磷酸銨水泥的制備銨溶液約含有10℅的液態(tài)銨，34℅的P2O5和50℅的水。典型的配方是22份磷酸鹽溶液與100分集料相混合。磷酸銨水泥