摘要：本文通過摻加不同的礦物摻合料,研究了它們對早強(qiáng)磷酸鎂水泥的早期力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：一定量的礦物摻合料可以有效填充孔隙，提高強(qiáng)度。不同摻合料對磷酸鎂水泥早期強(qiáng)度的影響效果不同，其效果依次為：河沙〉尾礦〉頁巖〉石灰石，SiO2對磷酸鎂水泥漿體有著較好的填充作用。
關(guān)鍵詞：礦物摻合料；磷酸鎂水泥；力學(xué)性能
中圖分類號TB32
0 前言
磷酸鎂水泥（MPC）是一種早強(qiáng)快硬的新型膠凝材料，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中正發(fā)揮著越來越重要的作用。具有早期強(qiáng)度高，凝結(jié)時(shí)間短的特點(diǎn)，此外，與普通硅酸鹽水泥相比，還具有低溫凝結(jié)快、粘結(jié)強(qiáng)度高、干縮小、良好的耐磨性和抗凍性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、機(jī)場跑道的快速修補(bǔ)，以及有害和放射性物質(zhì)的固化等等。
本文中的磷酸鎂水泥是由死燒氧化鎂、磷酸二氫鉀以及一定量的緩凝劑配制而成。與普通硅酸鹽水泥和其他修補(bǔ)材料相比，磷酸鎂水泥成本較高，因此，國內(nèi)外很早就開始了關(guān)于磷酸鎂水泥的摻雜的研究。丁鑄、Argonne S.Wagh等[1-2]較早的提出采用磷酸二氫鉀取代磷酸二氫銨制備新型磷酸鎂水泥，同時(shí)，適當(dāng)加入一定的工業(yè)廢棄物如粉煤灰，可以有效降低成本，又可以在一定程度上提高其性能。本文重點(diǎn)研究了磨細(xì)河沙、石灰石、頁巖、鉛鋅尾礦等惰性礦物摻合料對磷酸鎂水泥力學(xué)性能的影響。利用惰性摻合料的填充作用，在盡量保證強(qiáng)度的同時(shí)，可以降低生產(chǎn)成本，充分利用工業(yè)廢棄物，減少環(huán)境污染[3-5]。
1原料及實(shí)驗(yàn)方法
1.1原料
死燒氧化鎂（MgO）：濟(jì)南魯東耐火材料公司；磷酸二氫鉀（KH2PO4）：工業(yè)級化學(xué)純；河沙(natural sand)、石灰石(lime stone)、頁巖(Shale)、尾礦(Lead-zinc tailing)的化學(xué)成分分析見表1。四種礦物摻合料的粒徑分布見圖1。
1.2 樣品制備和測試方法
將河沙、石灰石、頁巖、鉛鋅尾礦磨細(xì)，通過0.08mm方孔篩，篩余小于10%。然后分別作為礦物摻合料加入到磷酸鎂水泥中，摻加量分別為干膠凝材料的10%，20%，30%，40%，50%，分別記為H1、H2……H4,S1、…….S4，Y1、……Y4，Q1……Q4、Q4。凈漿試塊在20×20×20mm模具中成型，置于20±3℃，相對濕度50%環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，1h后脫模，測定其1h，7h，24h，3d，7d試樣抗壓強(qiáng)度。
在NYL-600型壓力試驗(yàn)機(jī)上測定抗壓強(qiáng)度，用日本理學(xué)D/max-RB型X射線衍射（XRD）儀測定試樣的物相成分（工作條件：CuKa，管電壓40kV，管電流100mA）。用日本電子公司生產(chǎn)的JSM-5900型的掃描電鏡對選擇試樣的形貌進(jìn)行觀察。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 力學(xué)性能測試
表2是摻加不同量的礦物摻合料的磷酸鎂水泥凈漿的早期抗壓強(qiáng)度。從表2中數(shù)據(jù)可知，磷酸鎂水泥凈漿強(qiáng)度總體上隨著摻合料摻量的增加而降低，摻加磨細(xì)河沙的組分力學(xué)性能最好，河沙和尾礦能增加流動度，減少用水量，而石灰石和頁巖隨著摻量的增加，會降低凈漿流動度，增加用水量。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)凈漿流動度測試，確定不同配比的用水量。從強(qiáng)度發(fā)展來看，試樣24小時(shí)抗壓強(qiáng)度能達(dá)到7天強(qiáng)度的80%以上，說明礦物摻合料并沒有改變磷酸鎂水泥早期強(qiáng)度的發(fā)展趨勢。
圖2是不同混合材（含量10%）的磷酸鎂水泥早期強(qiáng)度曲線。從途中可以看出，摻加磨細(xì)河沙的組分抗壓強(qiáng)度最高，發(fā)展最好，1小時(shí)和24小時(shí)強(qiáng)度分別達(dá)到了43和65MPa，而對照組（control-未加混合材的磷酸鎂水泥試樣）的強(qiáng)度明顯要低于前者，其主要原因可能是河沙很好的填充了磷酸鎂水泥漿體的孔隙，降低了孔隙率，使其結(jié)構(gòu)更加致密，同時(shí)混合材的加入降低了水化反應(yīng)的速率，降低了水化熱，從而降低了氣孔率。與此同時(shí)，摻加尾礦、頁巖、石灰石三組分24小時(shí)前強(qiáng)度發(fā)展相當(dāng)，但是低于參照組，說明他們的摻入延緩了磷酸鎂水泥早期水化過程，24小時(shí)后，尾礦強(qiáng)度有一個(gè)很大的提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于參照組和頁巖、石灰石組分，說明尾礦中可以對后期水化起到一定的作用。
2.2 X-射線衍射分析（XRD）
圖3是摻加河沙、頁巖、鉛鋅尾礦和對照組的XRD衍射圖譜。圖4是摻加石灰石的組分的XRD衍射圖譜。從圖中可以看出，主要的水化產(chǎn)物是帶有一個(gè)結(jié)晶水的磷酸鎂鉀晶體（MgKPO4.H2O-MKP），不摻加礦物摻合料的對照樣（Control）的磷酸鎂鉀晶體衍射峰強(qiáng)度要高于摻加混合材的，礦物摻合料的加入使得彌散峰增加，并且不同混合材的石英衍射峰強(qiáng)度也相差很大，這與SiO2含量多少有關(guān)。同時(shí)，晶體衍射峰強(qiáng)度的降低表明礦物摻合料的加入減少了結(jié)晶水化產(chǎn)物的生成，從而使得水化反應(yīng)生成更多的凝膠或者無定形相，同時(shí)也驗(yàn)證了前面關(guān)于礦物摻合料能相對減緩水化反應(yīng)速率的說法。
2.3 孔結(jié)構(gòu)測試
表3是凈漿的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)表。水泥漿體的孔隙率是決定水泥性質(zhì)的重要參數(shù)，與水泥的強(qiáng)度、機(jī)械性能和電性能等有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。
由表3可知，不同的混合材對磷酸鎂水泥漿體孔結(jié)構(gòu)分布影響不同。摻加一定細(xì)度的河沙和尾礦有利于孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化，使得孔的分布向小孔（無害孔和少害孔）方向發(fā)展，從而增加機(jī)體的致密度，頁巖對孔結(jié)構(gòu)影響不是很大，相反，石灰石的加入?yún)s增加了孔隙率，有害孔數(shù)量大量增加，雖然石灰石顆粒較細(xì)，但是在實(shí)驗(yàn)過程中石灰石的加入導(dǎo)致體積膨脹，氣孔率增加，體積膨脹的原因還有待進(jìn)一步研究。綜合來看，礦物摻合料中SiO2含量越高，水泥漿體的致密度越高，這說明富硅礦物摻合料可以作為一個(gè)較好的填充料，用于磷酸鎂水泥基修補(bǔ)材料中。
3結(jié)論
1）
一定量的惰性混合材可以作為礦物摻合料用于磷酸鎂水泥中，并且可以有效的提高磷酸鎂水泥的力學(xué)性能，降低水灰比，減緩水化速率，增加流動度。
2）
含硅（SiO2）礦物摻合料對磷酸鎂水泥漿體有著很好的填充作用，四種礦物摻合料對磷酸鎂水泥力學(xué)性能的影響效果依次是：河沙〉尾礦〉頁巖〉石灰石，一定細(xì)度的磨細(xì)河沙可以有效提高磷酸鎂水泥的早期強(qiáng)度。
參考文獻(xiàn)
1 丁鑄，李宗津.早強(qiáng)磷硅酸鹽水泥的制備和性能[J].材料研究學(xué)報(bào),2006,20(2):141.
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