摘要：本文通過摻加不同的礦物摻合料,研究了它們對早強磷酸鎂水泥的早期力學性能的影響。研究結(jié)果表明：一定量的礦物摻合料可以有效填充孔隙，提高強度。不同摻合料對磷酸鎂水泥早期強度的影響效果不同，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；力學性能
中圖分類號TB32
0 前言
磷酸鎂水泥（MPC）是一種早強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。具有早期強度高，凝結(jié)時間短的特點，此外，與普通硅酸鹽水泥相比，還具有低溫凝結(jié)快、粘結(jié)強度高、干縮小、良好的耐磨性和抗凍性等優(yōu)點，廣泛應用于道路、橋梁、機場跑道的快速修補，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，適當加入一定的工業(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。本文重點研究了磨細河沙、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性能的影響。利用惰性摻合料的填充作用，在盡量保證強度的同時，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原料及實驗方法
1.1原料
死燒氧化鎂（MgO）：濟南魯東耐火材料公司；磷酸二氫鉀（KH2PO4）：工業(yè)級化學純；河沙(natural sand)、石灰石(lime stone)、頁巖(Shale)、尾礦(Lead-zinc tailing)的化學成分分析見表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，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，1h后脫模，測定其1h，7h，24h，3d，7d試樣抗壓強度。
在NYL-600型壓力試驗機上測定抗壓強度，用日本理學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行觀察。
2 實驗結(jié)果與分析
2.1 力學性能測試
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度。從表2中數(shù)據(jù)可知，磷酸鎂水泥凈漿強度總體上隨著摻合料摻量的增加而降低，摻加磨細河沙的組分力學性能最好，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。實驗中根據(jù)凈漿流動度測試，確定不同配比的用水量。從強度發(fā)展來看，試樣24小時抗壓強度能達到7天強度的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度曲線。從途中可以看出，摻加磨細河沙的組分抗壓強度最高，發(fā)展最好，1小時和24小時強度分別達到了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，同時混合材的加入降低了水化反應的速率，降低了水化熱，從而降低了氣孔率。與此同時，摻加尾礦、頁巖、石灰石三組分24小時前強度發(fā)展相當，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小時后，尾礦強度有一個很大的提高，遠遠高于參照組和頁巖、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度也相差很大，這與SiO2含量多少有關(guān)。同時，晶體衍射峰強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，從而使得水化反應生成更多的凝膠或者無定形相，同時也驗證了前面關(guān)于礦物摻合料能相對減緩水化反應速率的說法。
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)，與水泥的強度、機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。摻加一定細度的河沙和尾礦有利于孔結(jié)構(gòu)的細化，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，但是在實驗過程中石灰石的加入導致體積膨脹，氣孔率增加，體積膨脹的原因還有待進一步研究。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較好的填充料，用于磷酸鎂水泥基修補材料中。
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性能的影響效果依次是：河沙〉尾礦〉頁巖〉石灰石，一定細度的磨細河沙可以有效提高磷酸鎂水泥的早期強度。
參考文獻
1 丁鑄，李宗津.早強磷硅酸鹽水泥的制備和性能[J].材料研究學報,2006,20(2):141.
2 Wagh A, Jeong S, Singh D. High strength phosphate cement using industrial byproduct ashes. In: Azizinamini A, et al., editors.Proceedings of First International Conference[C]. ASCE， 1997:542.
3 鄭克仁，鄒慶焱，何富強. 礦物摻合料摻量對孔結(jié)構(gòu)的影響[J]. 山西建筑，2007，33（22）:181
4 馮云,包先誠等. 不同混合材摻量對低堿水泥適應性的試驗研究[J].新世紀水泥導報，2007，3:28.
5 管宗甫，楊力遠. 利用外加組分提高水泥強度[J]. 水泥，2001，11:4.
