| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; 未缴年费; |
| 专利有效性 | 失效专利 | 当前状态 | 权利终止 |
| 申请号 | CN201310295608.7 | 申请日 | 2013-07-15 |
| 公开(公告)号 | CN103332960A | 公开(公告)日 | 2013-10-02 |
| 申请人 | 重庆大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 钱觉时; 王庆珍; 尤超; 秦继辉; 何兵; | 第一发明人 | 钱觉时 |
| 权利人 | 重庆大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 重庆大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：重庆市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：重庆市沙坪坝区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：重庆市沙坪坝区沙正街174号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：400044 |
| 主IPC国际分类 | C04B40/06 | 所有IPC国际分类 | C04B40/06 |
| 专利引用数量 | 1 | 专利被引用数量 | 24 |
| 专利权利要求数量 | 7 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 重庆博凯知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 伍伦辰; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种控制 磷酸 镁 水 泥 凝结 和硬化过程的方法。本方法通过提高 硼 砂 缓凝剂 的加入量以降低磷酸镁 水泥 的放热速度，从而延缓磷酸镁水泥浆体的凝结时间，有效调节浆体的凝结时间在20~150分钟范围内；然后，通过提高浆体早期的环境 温度 加速 浆体与环境之间的 传热 过程和浆体自身的凝结硬化过程，使 早期强度 得以快速形成，1小时强度达到20～30MPa。该方法一定程度上解决了磷酸镁水泥作为快速修补材料应用于修补工程时凝结时间不够长和硼砂缓凝剂掺量较大造成磷酸镁水泥体系早期强度发展缓慢等问题。已有测试结果表明，该方法能方便、有效地控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程。 | ||
| 权利要求 | 1.一种控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程的方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程的方法技术领域[0002] 背景技术[0003] 磷酸镁水泥具有快硬、早强等特点，特别适合于混凝土路面及工业厂房等结构的快速修补。由于磷酸镁水泥凝结非常快，为了满足不同施工条件所需的操作时间，常在磷酸镁体系中掺入缓凝剂，如硼砂、硼酸等；但缓凝剂掺量少时缓凝效果有限，如缓凝剂硼砂掺量不超过5%时，磷酸镁水泥浆体的初凝时间最多不超过15分钟；而缓凝剂掺量大时，磷酸镁水泥浆体早期强度发展缓慢，如缓凝剂硼砂掺量超过10%后，磷酸镁水泥在1小时几乎没有强度，3小时强度约为10MPa，甚至后期强度也有一定降低。磷酸镁水泥作为一种修补材料，必然会面临着不同环境因素的影响，其中环境温度影响最为广泛。目前的研究和应用现状表明，磷酸镁水泥浆体的凝结硬化受环境温度(或浆体内部温度)的影响显著。如恒定缓凝剂硼砂掺量为5%，当环境温度为5℃时，磷酸镁水泥浆体凝结时间大于15分钟，但3小时强度不足5MPa；当环境温度升高至35℃时，虽然1小时强度能达40MPa，但磷酸镁水泥浆体初凝时间不足5分钟。此外，氧化镁的活性和细度、磷酸盐与氧化镁的质量比等因素都很大程度影响着磷酸镁水泥体系的凝结硬化特性。 [0004] 在实际的快速修补工程中，小面积的修补一般要求磷酸镁水泥的初凝时间不要早于15分钟，稍大面积的修补磷酸镁水泥凝结时间如果能控制在20分钟则比较理想，更大面积或体积的修补可能需要磷酸镁水泥初凝时间更长。显然地，由于低缓凝剂掺量磷酸镁水泥体系凝结很快，是很难满足实际施工要求的。虽然开发了一些新的缓凝剂和采用冷却拌合用水等技术方法，但对延缓磷酸镁水泥浆体凝结时间的效果不甚明显。 [0005] 磷酸镁水泥最突出的优点是施工完成后最初1小时甚至更短时间内达到的高强度，一般修补工程1小时抗压强度应能达到20MPa，甚至超过25MPa，3小时强度不低于40MPa。当施工过程处于低温条件下或为了给施工过程提供适当的准备时间而采用提高缓凝剂掺量时，磷酸镁水泥体系早期强度将大幅下降，因而无法满足修补工程对强度的要求。 [0006] 现有的技术措施已经可以保证磷酸镁水泥体系能够单纯地满足施工所需准备时间或小时强度的要求，但对于如何协调快速修补工程中磷酸镁水泥体系的凝结时间与早期强度间的矛盾，目前还没出现相关的有效技术方法。 [0007] 发明内容[0008] 针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够延长磷酸镁水泥的凝结时间，同时不降低早期强度的方法，以满足快速修补工程的要求；本发明能够使磷酸镁水泥体系的凝结时间处于较宽的调控范围内，1小时强度快速形成，同时后期强度无明显倒缩。 [0009] 为了解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案：一种控制磷酸镁水泥凝结和硬化过程的方法，包括如下步骤： a.磷酸镁水泥浆体的制备 在15～40℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为2:1～5:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量5～30%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的10～18%的水搅拌，得到磷酸镁水泥浆体； b.浇筑 在15～40℃下，将步骤a制得的磷酸镁水泥浆体进行浇筑，振捣密实，得到水泥浇筑体，在该温度下养护5～60分钟； c.高温养护 把经过步骤b处理后的水泥浇筑体进行高温养护，即采用热敷或者辐照等方法控制水泥浇筑体处于40～60℃范围内养护10～60分钟，或者处于60～85℃范围内养护5～30分钟，使得养护完成后水泥浇筑体最高温度达到50～85℃； d.自然养护 移除c步骤的热敷或辐照热源，将经过c步骤高温养护后的水泥浇筑体置于自然温度下继续养护。 [0010] 所述步骤a中，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量10～15%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，得到的磷酸镁水泥浆体的性能较好。 [0012] 所述步骤a中，重烧氧化镁由菱镁矿在大于1500℃条件下煅烧后，破碎粉磨过3 2 180～250目筛网得到，其密度大于3.00g/cm，比表面积大于200m/kg；作为优选，重烧氧 3 化镁由菱镁矿在1500℃条件下煅烧后，破碎粉磨过200目筛网得到，其密度为3.42g/cm， 2 比表面积为230m/kg，性能最佳；这种重烧氧化镁的活性较低，能有效控制所制备的磷酸镁水泥的凝结过程，同时不影响磷酸镁水泥的力学性能。 [0013] 所述步骤a中，硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料，两者使用时磨细过180～250目筛网；作为优选，硼砂和磷酸二氢铵使用时过200筛网。 [0014] 所述步骤a中，当环境温度在15～30℃范围内，硼砂的掺量为重烧氧化镁质量的5～20%；当环境温度在30～40℃范围内，硼砂的掺量为重烧氧化镁质量的15～30%。作为优选当环境温度为15℃时，硼砂的掺量为重烧氧化镁质量的10%；作为优选当环境温度为25℃时，硼砂的掺量为重烧氧化镁质量的15%。增大硼砂掺量，使硼砂有效覆盖在重烧氧?? 2+ 化镁颗粒的表面，致使溶液中OH 和Mg 浓度大幅度降低，体系溶液中酸碱反应减慢，水化产物的量和水化热也相应减少，形成空间网络结构的速度变缓，从而凝结时间得以延长。 [0015] 所述步骤c中，所述的热敷为采用40～85℃的热水袋覆盖在水泥浇筑体表面；所述的辐照是采用热光源照射水泥浇筑体表面。作为优选，本发明采用热敷的方式进行高温养护，其设备简单易得，操作容易，效果明显。高温养护过程可促使磷酸镁水泥浇筑体与环境体系发生热交换，使其经过高温养护后温度达到50～85℃，以大幅激发重烧氧化镁等反应物的反应活性，同时由于磷酸镁水泥的水化反应是一个酸碱中和反应，反应过程中会放出大量的热，所以高温养护可以加快磷酸镁水泥体系的水化反应速度，早期强度得以迅速发展。 [0016] 本发明通过控制磷酸镁水泥中硼砂缓凝剂的加入量为氧化镁质量的5～30%，使得水泥的凝结时间在20～150分钟范围内，完成施工或修补后进行高温养护，即采用热敷或者辐照的方法控制水泥浆体在40～60℃下养护10～60分钟，或者在60～85℃下养护时间在5～30分钟，使得高温养护后水泥浆体的最高温度达到50～85℃，促使磷酸镁水泥浆体与环境体系发生热交换，促进磷酸镁水泥的早期水化，保证水泥在1小时后强度达20～30MPa，3小时后强度高于40MPa，而且后期强度没有明显的下降，达到磷酸镁水泥浆体既能保证足够的施工可操作时间又能满足快速修补早强快硬的要求。 [0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：1．在15~40℃下，提高缓凝剂硼砂的用量以延缓磷酸镁水泥体系的凝结时间，通过控制缓凝剂硼砂的用量为5～30%，使得磷酸镁水泥浆体的凝结时间在20~150分钟的范围内，解决了磷酸镁水泥凝结硬化过快和施工准备时间不足等问题。 [0018] 2．通过高温养护，即采用热敷或者辐照的方式提高浇筑后的磷酸镁水泥的内部温度，有效促进磷酸镁水泥浆体的硬化和早期强度的形成，使浆体内部的酸碱反应在短时间大量进行，从而在早期形成足够多的水化产物和足够大的小时强度，解决了磷酸镁水泥因缓凝剂掺量过大或养护温度较低而导致早期强度难以发展的问题。 [0019] 3．通过提高硼砂用量及浇筑后的养护温度，有效地控制磷酸镁水泥的凝结时间和硬化过程，以获得满足施工要求的凝结时间和早期强度，同时对磷酸镁水泥的长期强度没有明显不利影响。 [0021] 图1是实施例中1#、3#和5#试件的温升曲线。其中，试件标号的上下顺序和标号指引线所依次相交的温升曲线上下顺序相对应。 [0022] 图2 是实施例中2#、4#和6#时间的温升曲线。其中，试件标号的上下顺序和标号指引线所依次相交的温升曲线上下顺序相对应。 [0023] 由图1和图2可知，1#和2#试件经过高温养护后的温度大于50℃；3#和4#试件提高了硼砂掺量，试件的温升缓慢，凝结时间延长；5#和6#试件的硼砂掺量较少，时间温度较高，凝结时间较短。 [0024] 具体实施方式[0025] 为了验证本发发明的实验效果，申请人进行了具体实施例验证本发明的有益效果。验证时，采用本发明的方法和基准方法制备出6个试件。 [0026] 对于1#和2#试件，采用本发明的方法制备，即水泥浆体浇筑后，先置于常温下养护40分钟后，再移至50℃下养护30分钟，终凝后拆模，再置于常温环境下养护，并测试试件1.5小时、3小时、1天、7天和90天的抗压强度；对于3#和4#试件，其中硼砂缓凝剂的掺量分别为氧化镁质量的10%和15%，采用基准方法制备，即水泥浆体浇筑后，再在常温下养护，并测试试件1.5小时、3小时、1天、7天和90天的抗压强度；对于5#和6#试件，其中硼砂缓凝剂的掺量分别为氧化镁质量的3%和5%，采用基准方法制备，即水泥浆体浇筑后，再在常温下养护，并测试试件1.5小时、3小时、1天、7天和90天的抗压强度。 [0027] 试件1#的制备试件1#的制备包括如下步骤： a.磷酸镁水泥浆体的制备 在15℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量10%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，制得磷酸镁水泥浆体； b.浇筑 在15℃下，将步骤a所制得的磷酸镁水泥浆体进行浇筑，振捣密实，得到水泥浇筑体，再在其内插入热电偶温度计记录温度，在该温度下养护40分钟； c.高温养护 把经过步骤b处理后的水泥浇筑体进行高温养护，即采用50℃的热水袋覆盖在水泥浇筑体表面养护30分钟，养护完成后水泥浇筑体最高温度大于50℃； d.自然养护 移除c步骤的热敷热源，将经过c步骤高温养护后的水泥浇筑体置于自然温度下继续养护90天，得到试件1#。 [0028] 所述步骤a中，配料中的重烧氧化镁由菱镁矿经1500℃煅烧后，破碎粉磨过200目3 2 筛网得到，其密度为3.42g/cm，比表面积为230m/kg；硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料，使用时磨细过200目筛。 [0030] 试件2#的制备试件2#的制备包括如下步骤： a.磷酸镁水泥浆体的制备 在25℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量15%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，制得磷酸镁水泥浆体； b.浇筑 在25℃下，将步骤a所制得的磷酸镁水泥浆体进行浇筑，振捣密实，得到水泥浇筑体，再在其内插入热电偶温度计记录浆体温度，在该温度下养护40分钟； c.高温养护 把经过步骤b处理后的水泥浇筑体进行高温养护，即采用50℃的热水袋覆盖在水泥浇筑体表面养护30分钟，养护完成后水泥浇筑体最高温度大于50℃； d.自然养护 移除c步骤的热敷热源，将经过c步骤高温养护后的水泥浇筑体置于自然温度下继续养护90天，得到试件2#。 [0031] 所述步骤a中，配料中的重烧氧化镁由菱镁矿经1500℃煅烧后，破碎粉磨过200目3 2 筛网得到，其密度为3.42g/cm，比表面积为230m/kg；硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料，使用时磨细过200目筛。 [0032] 所述步骤b中，浇筑时采用25mm*25mm*25mm钢制模具，其底部和四周已做防水处理。 [0033] 试件3#的制备试件3#的制备包括如下步骤： a.在15℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量10%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，制得磷酸镁水泥浆体； b.将步骤a制备的磷酸镁水泥浆体进行浇筑后，再置于常温下养护90天，得到试件 3#。 [0034] 所述步骤a中，配料中的重烧氧化镁由菱镁矿经1500℃煅烧后，破碎粉磨过200目3 2 筛网得到，其密度为3.42g/cm，比表面积为230m/kg；硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料二者使用时磨细过200目筛。 [0035] 所述步骤b中，浇筑时采用25mm*25mm*25mm钢制模具，其底部和四周已做防水处理。 [0036] 试件4#的制备试件4#的制备包括如下步骤： a.在25℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量15%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，制得磷酸镁水泥浆体； b.将步骤a制备的磷酸镁水泥浆体进行浇筑后，再置于常温下养护90天，得到试件 4#。 [0037] 所述步骤a中，配料中的重烧氧化镁由菱镁矿经1500℃煅烧后，破碎粉磨过200目3 2 筛网得到，其密度为3.42g/cm，比表面积为230m/kg；硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料，二者使用时磨细过200目筛。 [0038] 所述步骤b中，浇筑时采用25mm*25mm*25mm钢制模具，其底部和四周已做防水处理。 [0039] 试件5#的制备试件5#的制备包括如下步骤： a.在15℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量3%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，制得磷酸镁水泥浆体； b.将步骤a制备的磷酸镁水泥浆体进行浇筑后，再置于常温下养护90天，得到试件 5#。 [0040] 所述步骤a中，配料中的重烧氧化镁由菱镁矿经1500℃煅烧后，破碎粉磨过200目3 2 筛网得到，其密度为3.42g/cm，比表面积为230m/kg；硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料，使用时磨细过200目筛。 [0041] 所述步骤b中，浇筑时采用25mm*25mm*25mm钢制模具，其底部和四周已做防水处理。 [0042] 试件6#的制备试件6#的制备包括如下步骤： a.在25℃下，按照重烧氧化镁和磷酸盐的质量比为4:1的比例进行配料，再加入重烧氧化镁质量5%的硼砂缓凝剂，混合均匀后，再加入上述三种粉状物料总质量的13%的水搅拌，制得磷酸镁水泥浆体； b.将步骤a制备的磷酸镁水泥浆体进行浇筑后，再置于常温下养护90天，制得试件 6#。 [0043] 所述步骤a中，配料中的重烧氧化镁由菱镁矿经1500℃煅烧后，破碎粉磨过200目3 2 筛网得到，其密度为3.42g/cm，比表面积为230m/kg；硼砂和磷酸二氢铵为工业级化工原料，二者使用时磨细过200目筛。 [0044] 所述步骤b中，浇筑时采用25mm*25mm*25mm钢制模具，其底部和四周已做防水处理。 [0045] 实验结果由于磷酸镁水泥浆体初、终凝时间间隔小，因此以初凝时间作为磷酸镁水泥浆体的凝结时间。由于对比的需要，浇注40分钟后再提高温度养护30分钟已超过1小时，因此试件1#、2#统一测定了1.5小时的强度，其他试件测定1小时强度，这样并不影响3小时之前的强度比较。由于温度对实验结果影响显著，因此测定5小时前磷酸镁水泥浆体的内部温度，以便控制实验过程。凝结时间的测定参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346-2011）进行测定，测试结果如表1所示；强度按照《水泥强度检验方法》（GB/T17671-1999）进行测定，测试结果如表1所示。 [0046] 表1由表1、图1和图2可知，对于1#和2#试件，采用本发明的方法，即增加硼砂掺量，使得磷酸镁水泥浆体的凝结时间在20～150分钟内，再采用高温养护控制磷酸镁水泥浆体的温度达55℃以上，使得磷酸镁水泥浆体早期强度发展较快，1.5小时和3小时强度分别能 30MPa和40MPa以上，后期强度没有明显的倒缩，避免了高掺量硼砂缓凝剂对体系强度的不利影响，可满足快速修补工程的要求；对于3#和4#试件，提高了硼砂缓凝剂的掺量，磷酸镁水泥浆体的温升缓慢，延长了磷酸镁水泥浆体的凝结时间，但是早期强度大幅度降低，3小时强度仅为11.7MPa，甚至后期强度也有一定的下降，不能满足快速修补工程的要求；对于 5#和6#试件，硼砂掺量较低，磷酸镁水泥浆体的温度较高，各个龄期都表现出较高的强度，早期强度尤为明显，1小时和3小时强度分别能达到30MPa和70MPa，但是磷酸镁水泥浆体的凝结时间过短，无法给实际工程的施工提高足够的准备时间，不能满足快速修补工程的要求。 [0047] 综上所述，温度和缓凝剂对磷酸镁水泥的凝结时间都有着重要的影响，温度越高，浆体凝结越快，提高缓凝剂掺量则可延缓磷酸镁水泥体系的水化过程；提高早期养护温度可有效促进磷酸镁水泥体系的早期强度的发展，能很大程度弥补高掺量缓凝剂对体系强度造成的负面影响。本发明通过提高缓凝剂掺量和早期养护温度有效的控制磷酸镁水泥的凝结时间和硬化过程，使其满足快速修补工程的要求。 |
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