磷酸氢二钾替代磷酸二氢钾的试验.docx

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1、磷酸氢二钾替代磷酸二氢钾的试验。起初的试验目的是通过复掺以减缓镁水泥凝结时间，解决其操作性差的缺点，试验中发现用磷酸氢二钾全部替代磷酸二氢钾制成的试块不仅凝结比较慢，而且几乎没有强度，随龄期的增长强度也没有增加，试验结果可以理解，因为磷酸镁水泥的水化机理是酸碱中和反应，其中酸组分为磷酸二氢钾，水溶液PH值在4.4-4.6左右，而磷酸氢二钾为碱性，水溶液PH值在8.8-9.2左右，体系中包含的H+浓度小，因而体系中的Mg?+溶解速率慢,所以全部替代试块无强度可以理解。后来我试着往磷酸氢二钾全部替代的配方里掺加了10%的硅灰,结果发现凝结时间跟搅拌时间成正比，搅拌的时间越长凝结时间越慢，搅拌2分钟

2、出锅的净浆凝结时间大概在半小时左右，我尝试着最长在搅拌锅里慢速搅拌20分钟再出锅，不仅流动性没有降低反而比搅拌两分钟的要好一些，凝结时间大概近三个小时，并且发现跟普通硅酸盐水泥一样，一直搅拌凝结时间就越久。不仅操作时间从容并且水化热没有正常镁水泥那么高，M/P比对于凝结时间也有影响，M/P比越大凝结时间越长，我试着改变M/P比、硅灰掺量和水灰比，刚开始制成的试块Id抗压强度为30Mpa,后来改变了试验方法，先将磷酸氢二钾溶于水，干料只有镁粉和硅灰，结果实验组Id抗压强度最高的达到了57.40MPa,抗折强度最高的超量程(12MPa)o刚开始很好奇为什么没有加入硅灰的改性磷酸镁水泥没有强度，因为

3、课题组买的镁粉有点问题，做普通镁水泥强度达不到文献中的要求，但是掺加了硅灰的不仅强度达到甚至超过普通镁水泥的强度，甚至解决了凝结时间短操作困难的问题，我参考了一些文献并试着对于试验原理进行解释。硅灰对MKPC浆体的作用机理可总结如下,具体可从化学和物理两方面进行分析。化学方面主要体现在:硅灰中活性较高的Sio2能与碱性环境中多余的Mg2+反应生成硅酸盐凝胶，从而可以增强固相之间的胶结，提高MKPC浆体的致密度。物理方面主要体现在：硅灰本身细度较小且表面较为光滑，可以较好的填充在MKPC浆体中的孔隙和裂纹中，改变体系孔结构，同时硅灰中惰性SiCh是坚硬的玻璃质内核，可使水化产物MKP结晶在其表面

4、上生成骨架，减少MKPC浆体中的内应力和结晶接触点数量，提高其稳定性。由此我们可以认为，磷酸镁水泥反应迅速的原因是水化前期体系为酸性环境，有利于Mg?+溶解，促进反应进行，而且酸性越强反应越剧烈，因而反应迅速，凝结过快，在正常镁水泥中加入硅灰进行改性试验，可以发现硅灰并没有提高其早期强度，反而可能降低早期强度，但后期强度基本都能够大于基准镁水泥强度，其作用过程可以理解为反应伊始体系为酸性环境，主要为MKP生成反应,根据二氧化硅的解离原理，SiO2的解离是一个界面反应，该解离反应受控于一系列的耦合过程，比如溶解-沉淀、液相中的阴阳离子络合以及液固界面处阴阳离子的络合。水溶液的PH值显著影响SiC

5、h的解离过程。当pHS9时，SiCh解离形成H4Si当pH9时，可溶性硅酸根以HSio4头、H2SiO42H3SiO和聚硅酸根的形式存在，这种状态下较容易与溶液中的碱金属离子结合。因为正常镁水泥水化初期体系为酸性，Sio2硅灰只起到了稀释和填充的作用，所以早期强度不升反降，后期镁水泥体系为碱性环境，硅灰中的活性Sio2解离，能与碱性环境中多余的Mg?+反应生成硅酸盐凝胶，从而可以增强固相之间的胶结，提高MKPC浆体的致密度，因此后期强度提高。硅酸镁凝胶的形成过程比较缓慢，参考硅酸镁形成过程，其强度发展是个缓慢的过程，类似于普通硅酸盐水泥，对于M/P比为3/1,硅灰掺量为10%,水灰比为0.16

6、的试件，测其三小时强度并不高，基本符合水化硅酸镁的强度发展特点，对此我认为可以使水化体系初期使得反应体系呈碱性条件，控制前期Mg2+的电离速率，可以有效的增加其凝结时间，在往体系中掺加浆体水化过程中可消耗OH-的掺和料，最好生成产物有利于提高磷酸镁水泥的性能，从而解决磷酸镁水泥凝结过快与掺加缓凝剂牺牲早期强度的矛盾。根据这一想法，首先为水化体系提供碱性环境，又不改变MKPC产物所需的离子，因而磷酸氢二钾是优先的选择，并且不是作为胶凝材料一部分，而是先溶于水溶液，水溶液中的PH值为8.8-92加上水化初期氧化镁电离也产生OH：使得水化刚开始体系PH值在10左右，有利于Sio2解离，在磷酸氢二钾溶

7、解过程中会吸热，也会降低反应热，进一步达到慢凝的效果。而根据硅灰改性磷酸镁水泥的机理选择适量硅灰作为水化过程中的PH调节剂，并且反应产物水化硅酸镁有利于提高镁水泥结构的致密性。可以认为反应过程中两种水化反应同时在进行，只是根具体系PH值的变化，其水化速率此长彼消，因而无论是酸性环境还是碱性环境均有利于体系水化进行。根据以上想法，加入磷酸氢二钾和10%硅灰，硅灰基本呈中性，将磷酸氢二钾先溶于水，前期体系呈现碱性，硅灰中的活性SiCh在碱性环境下发生以下反应：SiO2+H2O=H4SiO4;H4SiO4+OH-=H3SiO4+H2O;H3SiO4-+OH-=H2SiO42+H2O;H2SiO42+

8、OH=HSiO33+H2O,可溶性硅酸根以H3SiO4H2SiO42HSiO3工和聚硅酸根的形式存在，容易与溶液中的碱金属离子结合，可与体系中的Mg2+反应生成MgO-SiO2-H2O胶凝，硅灰中活性较强的成分可以较快反应生成硅酸镁凝胶，体积增大，提高浆体的致密性。在这过程中使得水化体系的PH值降低，从而促使体系反应生成MKPC凝胶。反应过程中两种作用相互促进。以下为部分实验结果：M/P为1：4,硅灰掺量10%,水灰比0.16氧化镁磷酸氢二钾硅灰水灰比力学强度抗折抗压工抗压2平均抗压Id9.4838.5037.3237.917d14dM/P为1：4,硅灰掺量12%,水灰比0.16氧化镁磷酸氢二钾硅灰拌合水力学强度抗折抗压工抗压2平均抗压Id1246.4147.9647.197d14dM/P为1：4,硅灰掺量15%,水灰比0.16氧化镁磷酸氢二钾硅灰拌合水力学强度抗折抗压工抗压2平均抗压Id8.1555.4559.3557.407d14dM/P为1：4,硅灰掺量10%,水灰比0.14氧化镁磷酸氢二钾硅灰拌合水力学强度抗折抗压工抗压2平均抗压Id10.2548.9252.4650.697d14d接下来要做的事是继续研究水灰比对于新型磷酸镁水泥强度和凝结时间的影响以及新型磷酸镁水泥的耐水性和粘结强度研究。