化學結合磷酸鎂膠結材料的研究現狀及其發展趨勢系統介紹化學結合磷酸鎂膠結材料(MPC)的性能特點、適用領域和國內外技術發展現狀，總結了MPC膠結材料在應用中急需解決的問題，并對MPC膠結材料的發展趨勢進行了展望。O引言化學結合磷酸鎂膠結材料(MPC)是由氧化鎂與可溶性磷酸鹽、外加劑以及礦物摻合料按照一定比例，在酸性條件下通過酸堿化學反應及物理作用生成的以磷酸鹽為粘結相的新型無機膠凝材料，這種新型無機膠凝材料從原材料、水化機理及水化產物都有別于普通硅酸鹽水泥和其它無機膠凝材料。它在室溫下發生化學反應，隨后凝結硬化，形成過程類似普通硅酸鹽水泥，操作簡單方便，而最終的水化產物又具有陶瓷制品的特性，具有較高的力學性能、良好的致密度和耐酸堿腐蝕性能，它聚集了水泥、陶瓷和耐火材料的主要優點，屬于化學鍵結合的材料。因此，MPC膠結材料是一種非常有研究價值、節能環保的新型綠色材料。美國等西方發達國家在20世紀80年代已將MPC大量用于混凝土路面及工業廠房的快速修復中，但因相關技術已申請了專利，關于MPC膠結材料應用技術方面的成果沒有公開報道。我國對MPC的研究要明顯遲于西方國家。目前MPE大多應用于修補材料，而其它方面的應用相對較少。1MPC膠結材料的性能特點和適用領域1．1MPC膠結材料的性能特點與其它無機膠凝材料相比，該材料具有獨特的性能。(1)凝結時間短，凝結時間適度可控。在2O℃以上溫度時，MPC膠結材料幾分鐘內就迅速凝結硬化。其凝結時間可通過加入緩凝劑、調整膠結材料細度等措施控制。(2)早期強度高。MPC膠結材料1h抗壓強度可達20MPa以上，3h可達到35MPa以上。這是普通硅酸鹽水泥甚全是快硬硫鋁酸鹽水泥等都不能相比的。(3)環境溫度適應性強。MPC膠結材料既能在常溫下保持快硬高強的特性，又能在低溫(-20~5℃)環境下迅速凝結硬化，并保證一定的早期強度。同時該膠結材料還具有耐高溫和耐急冷急熱的性能。(4)與舊混凝土的粘接強度高。MPC膠結材料凈漿和砂漿的1d粘結強度可分別達到6．0MPa和4．0MPa以上，具有良好粘結性的原因是MPC膠結材料中的磷酸鹽能與混凝土中的水化產物或未水化的熟料顆粒反應，生產同樣具有膠凝性的磷酸鈣類產物，因此在粘結界面附近除了物理粘結以外，還有很強的化學粘結。(5)體積變形小，與舊混凝土性能匹配。由MPC膠結材料制成的砂漿和混凝土的收縮率分別為0．34×10-4和0．25×10-4，遠比其它材料低，且MPC膠結材料的熱膨脹系數與普通混凝土很相近，因此與普通混凝土之間的熱性能匹配很好。(6)耐磨、抗凍性、抗鹽凍剝蝕性能和防鋼筋銹蝕等耐久性能較好。MPC膠結材料中大量未水化的MgO顆粒可起到磨細骨料的作用，使MPC基材料具有高的耐磨性。MPC膠結材料的結構較致密，同時因為磷酸鹽與MgO和摻雜的鐵粉反應時將產生H2和NH3，能獲得很高的含氣量和良好的氣泡結構參數，能起到與物理引氣一樣的抗凍和抗鹽凍效果。當MPC膠結材料包裹在鋼筋表面時，在鋼筋表面形成一層致密的磷酸鐵類化合物保護層，使鋼筋的防銹能力提高。1．2MPC膠結材料的適用領域1．2．1用于土木工程搶修、搶建和修補材料用于工程搶修、搶建和修補的膠凝材料須具備強度尤其早期強度高，工作性好和施工可操作性強，環境適用性廣及存放時間長，體積穩定性好，與被修補材料之間具有良好的界面粘結能力和性能匹配，具有良好的耐久性能等特點。鑒于MPC膠結材料的優良性能，使其在快速搶修、搶建和工程修補方面具有獨特的優勢，不僅在國防工程的快速構筑與工程設施的搶修恢復方面具有非常重要的軍事意義和應用價值，而且在民用房屋建筑、機場跑道、橋梁碼頭、高速公路、市政主干道及廠房設施等工程的快速修補方面也有著廣泛的應用前景。1．2．2固化有害及放射性廢料MPC膠結材料可以在室溫下固化廢料，不需要特殊的燒結設備，不僅可以減少燃料所需的費用，同時避免了廢料中揮發性成份對環境造成的二次污染及二次污染的處理費用。廢料顆粒與MPC膠結材料結合，污染物與部分MPC膠結材料的水化產物發生反應，形成新的磷酸鹽，而這種有害物質的磷酸鹽的溶解度要遠遠小于它的氧化物或鹽的溶解度，這些新形成的磷酸鹽被包裹于MP~膠結材料的水化產物的網絡結構體中，形成的廢料制品強度高，不溶解，穩定性好，孔隙率低，有害成份溶出率低。1．2．3作為新型結合劑制造人造板材善生產人造板材環通常以水泥或提有機高分子聚絨合物為結合劑攔，這些結合劑霸對木質原料要芹求都比較高，舅僅能利用部分致固體廢料，而籌對于紙漿廢液育等其它含纖維瓣的廢料無法利昨用氏。掉MP海C殃膠結材料代替援傳統結合劑，跡對木質原料的滾要求比較低，膊可應用的原料流范圍很廣，從運森林采伐中的伙廢料、加工過灌程產生的木屑忍及殘余邊角料持到造紙廠的紙敢漿廢液和紙屑士殘渣等都可用均來生產人造板輝材。遲MP資C松膠結材料與木腥質廢料混合后利，在水化過程筆中形成磷酸鹽跌，將木質元素烏膠結在網絡狀所結構體中，形惰成致密的復合示材料。由此生大產的板材制品跳耐火性更好，誤抗霉變腐蝕，總尺寸穩定性好潤，耐久性強，昆產品的機械性海能優于傳統水著泥或高聚物結獻合劑制成的產伍品，有較高的忘抗機械沖擊、蠻熱震和斷裂性塑能。由府于城MP激C項膠結材料的密煉度比水泥臺低徐3纏0長％左右，由其癢生產的產品比壟常規結合劑生興產的產品質量膨更輕，更結實嗓，且不易燃，陸不易受濕度和崇昆蟲影響，更羽耐氣候波動壯。逃MP嬸C循膠結材料在室廟溫下即可快速扛凝結硬化，通膊常情況對環境帝濕度也沒有特不殊要求。與傳譯統生產人造板篩材工藝過程相切比，顯著地降悟低能源消耗，淹減少對環境的益污染。號1侮．充2字．地4倒結合工業廢料勺生產建筑材料抄粉煤灰行在軟MP湯C固膠結材料中的冬摻量可鑒達時4婆0圖％以上，所得科建材制品的強竿度與摻量相同惡的水泥制品相政比還要高一些開，根墊據炕Argonn辛e檔實驗室的研究網結果泉，糕MP之C牧膠結材料與粉賊煤灰復合的建旁材制品，密度柄范圍瓦在偉1群．邁7丈—導2曉．掙0g偉／各cm厚3秘，比同摻量的吳水泥制品低因約懶2汗5結％。開口氣孔逃率也比水泥制米品低，一般少制于剖5界％，而相應的商水泥制品廈為屬2貝0藍％左右。但其蛛中的閉口氣孔宵率很高，約占擁整個體積閥的浙2醒0棗％，這也飛是塊MP腐C舞膠結材料摻粉露煤灰制得的制堵品輕質的原因撤。鋸2MP瞇C巨膠結材料的國宰內外技術發展婦現狀軌2莫．鴿1MP州C拾膠結材料的制獲備羨MP嗽C車膠結材料通常混是由燒拍結伯Mg襪O清、磷酸鹽、緩必凝劑及礦物摻東合料按一定比膨例配制而成。以燒鼠結罩Mg假O睛作為主要原料充，其物理化學撇特性翻對蝕MP禮C邀膠結材料性能嶺的影響極大。慶燒鄉結研Mg星O屠通常是由菱鎂配礦肚(蘋MgCO和3桂)包經地130更0禍～襯170姓0診℃奸高溫煅燒而形景成的重燒鎂，烘或如姜洪義和互張聯盟通過將煉輕質碳酸鎂在動高溫爐中先于嬌95集0放℃完煅燒形成輕體燒酸Mg沈O網，再把輕倚燒題Mg偉O棕壓制成型后置價于慚170怠0賴℃惱下煅敢燒必4敘h次，得到重撓燒桶Mg扛O價。挎磷酸鹽主要為善反應提供氫離辛子和磷酸根離被子，其溶解速悉率和溶液疑的疤p僵H妄值將會直接影撫響到磷酸鹽粘屯結相的形成。俯在諸多磷酸鹽亞種類中，磷酸五二氫項銨跨(NHHP0維4室)舒是目前配味制榜MP勤C禿膠結材料使用恥較多的磷酸鹽礙四，此外，還帝有其它如磷酸壺氫二銨、磷酸除銨和正磷酸鋁矩等磷酸鹽，但局因使用效果不搭及磷酸二氫銨緩而報道較少。習最近美衫國灶Argonn易e仿國家實驗室暮對休MP期C獄做了大量系統輔研究，開發了刃磷酸鉀鎂膠凝丈材頁料豬(MKP辦)直，但由于商業宵秘密及有的技爆術已申請了專罵利，未見相關巡內容的詳細報扁道。李MP簽C的膠結材料制備啦的關鍵技術在團于控制其凝結撤時間及強度章。推MP樓C樣膠結材料的水蘋化反應速度較事快，而反應放媽出的大量熱量哀又進一步加快岡了體系的反應籃速度。水化速勒度過快會造成佳施工不便，從雨而影響材料的穴最終強度及其邊它性能，目前寸降恒低將MP幸C矩膠結材料凝結賤速度的途徑主輔要是從控制氧蓬化鎂的活性、桑比表面積以及擴摻入緩凝劑等臥方面考慮味。騎Soude痛e同和澤Per戚a塑的研究結果表趙明，提泄高肚Mg亞O漿表面的無序程寄度簡(杰如磨栽細孝)懷，傍Mg宜O未就容易被潤濕局，使其活性提換高，同時導允致屯Mg雁O炎膠結材料凝結幣時間縮短；周而貞Mg瞞O翼經高溫煅燒后投則可降低活性由，其原因是劫在惱100只0釘—徹125食0硬℃沾時河Mg萌O示顆粒表面發生振重組，降低了阿顆粒的比表面貓積，洞使暗Mg褲O筑活性降低，當祥溫度大于奔125刷0晉℃尿時摧，鄭Mg絹O級顆粒熔化并燒掀結成團，使活緩性進一步下降筐。黎Hal軍l歡等通過對比各憶種緩凝劑筆對鑒MP趙C以膠結材料凝結市時間的影響后峽發現，緩凝劑緒不僅能增鑰加鍵MP跨C顛膠結材料的凝織結時間，還能耍減少其初凝和鉛終凝過程中的腳水化放熱量，辰其中硼砂是一瞞種非常有效的聚緩凝劑充。屆YangQu成anbin窗g注和送WuXuel環i制[鞭的研究結果也說表明，隨著硼意砂摻量的增加溝，泰MP岡C于膠結材料的凝堤結時間會大大構延長，施工可估操作性明顯提民高，但隨著緩噴凝劑摻量的增彩加登，趁MP絡C肅膠結材料的強累度尤其是早期珍強度會迅速降笨低；增僅加盡Mg蘇O淋細度，可鳥使美MP芽C紅膠結材料早期腔強度增加，但震對后期強度影朽響不大，且使院凝結時問加快搖；磷酸鹽和燒就結范Mg前O月的比陸值桐(油P同／胞M賠)蹤同樣會糖對勾MP毒C油膠結材料的強拿度產生顯著影箱響，最佳摻量掌為津2舊0企％設~抵2布5騾％。另外夏，吃Hal挺l吊和言Steens至l址的研究表明，們硼砂及水膠比絮等因素都會份對亂MP飽C施膠結材料的強址度及彈性模量圍產生重要影響餃。水愁化兩24庭h阻前彈性模量及培強度隨緩凝劑萌摻量增加呈下屑降趨勢諒，齒24鳥h瓜后呈先升后降賣趨勢。隨著水旅膠比的增大堂，糟MP哥C愿膠結材料的強鹽度及彈性模量亮迅速降低。庭2練．此2MP窮C悉膠結材料水化撐機理及水化產筋物遲2喬．擴2匆．醫1MP結C緞膠結材料的水由化機理尾MP插C海膠結材料的水軌化反應機理有倍局部化學反應廁機理和溶液一恢擴散機熟理壯2筒種不恰同解釋。目前億，更多學者贊義同溶液一擴散驕機理。按此機紙理出，幫MP億C送膠結材料的水包化反應如下：蜜(1救)健當摻硼砂緩凝嫂劑春的逆MP粘C拜膠結材料與水令混合后，硼砂森與磷酸鹽的陰賢陽離子迅速溶駐解于水，而與度燒神結誦Mg歸O傾的反應則要慢伐得多；模(3材)弄磷酸鹽離子逐嗓漸滲入并透過較阻礙層，腹與歪Mg挖O哈顆粒表面接觸此，水化速率加塘快，形成越來具越多的磷酸鹽拾水化物。隨著外磷酸鹽水化產漏物的不斷形成很，由于體積膨襖脹，阻礙層脹姥破，導致大量告磷酸鹽離子撥與禍Mg籠O遮顆粒接觸，迅我速形成大量的蠅磷酸鹽水化產攪物；評(4屑)膚隨著磷酸鹽水從化產物的不斷躁增多和向外生謙長編，微Mg膝O宏顆粒以及其它墳填垃料譽(芬如粉煤父灰嫂)錫表面包裹的水陰化產物互相結鍛合成一個整體船，從而菜使爛MP燭C平膠結材料達到氏硬化。雪2倉．爪2劉．風2MP豆C名膠結材料的水販化產物擺2專．賊3MP財C野膠結材料的主喝要技術指標施根據姜洪義、禽楊全兵等的研繞究結果宋，踏MP蘿C蔽膠結材料具有卵凝結時間短、俊適度可控，早貴期強度高，對腫環境溫度適應筒性強，與舊混瞇凝土的粘接強想度高，體積變宿形小，與舊混幸凝土性能匹配李，耐磨性、抗總凍性、抗鹽凍裂剝蝕性能和防脆鋼筋銹蝕等耐艷久性雀能較好的優錦勢紋(蘿見為表墾1茶～顫表勾4惠)舍。禁Seehr嗓a響等的研究結果句表明，經過凍普融循扒環日(察一接10遵℃候下半凍逆6嚷h賠，接著雀在因3O著~墾32幸℃束下雕融黃18寸h磁，構脅成昂1翼次凍融循腦環眠)旱后老MP莫C慕砂漿抗壓強度稀與粘結強度保盆留率不低耗于溪10之0森％。倆3MP室C搬膠結材料應用矛中急待解決的筐問題尺盡炕管酸MP坊C攻膠結材料具有勁諸多優良的性慚質，但將其廣朱泛用于工程還桶需要進一步研夢究。爺(1食)踢目前國內制唱備計MP皺C望膠結材料所用穗的磷酸鹽原料端主要是磷酸二狠氫銨，其在施窯工過程和水化次過程中放出的隊氨氣會對人體寄器官造成損害刻，影響其使用冬；有研究介紹墓用其它磷酸恰鹽偏(屋如磷酸二氫純鉀顫)乏代替磷酸二氫名銨，但削弱俯了奇MP俊C渴膠結材料的早盆期強度和其它則相關性能。隙(2乎)啦制曬備妙MP怕C滿膠結材料的關寬鍵技術之一是悲在保證強度的禍前提下控龍制挺MP圣C況膠結材料的凝真結時間。除控檢制燒翠結濤Mg抽O推細度外，選擇瑞合適的緩凝劑膛是關鍵。目前六最常用的緩凝猴劑為硼砂，但宮硼砂摻量少時拋緩凝效果不太誓明沈顯鑒(樂摻量不超姿過抓5祝％時，凝結時澇間小著于華15mim耐)靜，而摻量太大濤時初，伍MP嘴C撞膠結材料的強村度尤其是早期蒸強度會大幅度世下降，彈性模癥量也會降低。粱因此，必須選蝦擇有效的緩凝認劑以保證有足柏夠的施工操作甚時間和小降恰低塘MP睛C格膠結材料的其利它性能。備(3胖)獲目前國內得對灌MP侄C臟基材料工作性絲的研究較少稻。式MP騾C暮基材料工作性保好壞與流動性忽大小對施工可壇操作性和施工妙質量有較大影越響。由于適用劣于普通硅酸鹽汁材料的各種高濟效減水劑對咸MP晉C喜基材料減水效毅果不太明顯，露因此選擇適用贊于畏MP鞏C壁膠結材料的高次效減水劑，以貝保證其良好工總作性和高早期衫強度的有機統驟一將成宅為江MP岸C膀基材料投入工者程使用必須解綱決的關鍵技術墳之一。腫(4)MP床C膨基材料在潮濕蘭或水養護條件秋下或長期與水賴接觸會發生強抗度倒縮，故目歌前該材料的應格用僅限于機場待跑道、公路和香橋梁等結構的遺修補，還未見籃用于結構工程認和諸如海港碼仿頭、水工建筑亦等長期與水接壽觸的工程。欲掠將肢MP急C漆基材料的應用留擴大到水工建妖筑，很有必要掛對隸MP渾C鵝基材料在水中逝強度倒縮的機氣理及減少強度模倒縮的措施進戚行系統的研究溝。托(5若)迅對噴MP殊C測膠結材料耐化養學侵蝕和物理絨侵蝕的研究工舒作還非常缺乏舟；還沒有撒對麻MP拼C問膠結材料的組紙成、結構與性氧能之間的關系辦隨時問長期變慰化的規律進行通系統性的研究倆。目前許在漢MP宇C惰基材料施工工旨藝及設備方面守的研究和開發伶還是空白。糧(6終)尊由局于給MP顛C石膠結材料的成飛本相對較高，緞阻礙了該材料找的推廣使用。抱因此，必須考難慮擴大原材料呀來源和降低成不本，可從降低威原材料品級和抽選擇成本較低仍的磷酸鹽品種趟方面做進一步具的研究工作。疤(7托)盆目前擊對框MP曉C遞膠結材料的研逢究僅限于凈漿陡和砂漿，惰而繳MP墓C旁混凝土的配制往技術與性能研致究還是空白。夠混凝土的成本榆比砂漿低許多您，且具有更好傳的體積穩定性熄，但隨著膠集退比的降低，混西凝土強度顯著斯降低的問題還庸有待進一步研卵究。速4MP滲C嗎膠結材料的發匆展趨勢產(1談)勺由而于仙MP延C紀膠結材料與舊渡混凝土的粘接豬強度高、體積聰變形小和與舊乳混凝土性能匹驅配好，在解決阻了凝結時間、貪工作性和長期復與水接觸強度筋倒縮等問題后荷，可在更大的股范圍內作為混戶凝土結構的修尿補材料使用，帖如用于結構混琴凝土、水工混材凝土和海工混僻凝土等。榮(2悟)燥由觸于培MP變C結膠結材料水化排反應機理與硅島酸鹽水泥的水初化反應機理完返全不同，其水死化時不會產商生每Ca(0H)致2幅，體系孔溶液礦呈酸性已，渣p倆H滔值較低，在對厭其耐海水侵蝕注性能系統研究硬后，可考慮能茶否利用海水及秤海砂配消制蒼MP遠C紐基混