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新型高性能磷酸镁胶凝材料
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北京工业大学
李悦 教授
上海交通大学
陈兵 教授
河北工业大学
刘雄飞 教授
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磷镁物质的量比对天然水镁石制备的磷酸镁水泥性能的影响
李悦, 龙世儒, 王子赓, 王楠
材料导报
2024,38(17 ):23120159 -6. DOI:10.11896/cldb.23120159
摘要
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本工作采用无需煅烧的天然水镁石作为镁质原料制备磷酸镁水泥(MPC),主要研究了磷镁物质的量比(P/M)对MPC工作性能、力学性能、物相组成及微观形貌的影响规律。结果表明:随P/M减小,MPC浆体流动度逐渐减小,凝结时间逐渐延长,抗压强度先提高后降低。P/M为1/4时,MPC综合性能较优,此时流动度为110 mm,凝结时间为7 min,1 d和28 d抗压强度分别为20.0 MPa和43.7 MPa。微观试验结果表明,MPC水化产物为MgKPO
4
·6H
2
O、Ca
10
(OH)
2
(PO
4
)
2
。MPC水化28 d后,水镁石未完全反应。随着P/M减小,硬化体结构密实度增加,总孔隙率减小。
参考文献
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多维度评价
磷酸镁水泥基帆布力学与微观性能研究
刘雄飞, 王楠, 郝逸飞, 李辉
材料导报
2024,38(17 ):23090003 -6. DOI:10.11896/cldb.23090003
摘要
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基于磷酸镁水泥(MPC)快硬早强和高粘结特性,研发了应急防护型MPC帆布。研究了不同镁磷物质的量比(M/P=3～8)和水灰比(W/C=0.15～0.5)对MPC帆布抗压和抗弯强度的影响规律,并结合XRD、SEM和X-CT分析MPC在帆布中的水化反应形貌、产物和孔结构变化规律,提出MPC帆布优化设计方法。实验结果表明:M/P显著影响MPC帆布的力学性能,M/P为6时,MPC帆布在28 d龄期的抗压和抗弯强度分别达到最佳值26.65 MPa和6.20 MPa。W/C决定MPC在帆布中的水化程度,低或过高的W/C均无法保证MPC在帆布中的整体性,MPC帆布的最佳W/C为0.35,在该条件下,MPC帆布在28 d龄期的抗压和抗弯强度分别达到最高值26.90 MPa和6.30 MPa,MPC水化产物(K-鸟粪石)最多且MPC与帆布纤维界面粘结密实,孔隙率最小(7.63%),MPC帆布整体性达到最佳。
参考文献
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多维度评价
超高韧性磷酸镁水泥基复合材料压缩力学性能研究
冯虎, 闵智爽, 郭奥飞, 朱必洋, 陈兵, 黄昊
材料导报
2024,38(17 ):23090058 -12. DOI:10.11896/cldb.23090058
摘要
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磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)是一种具有凝结时间短、早期强度高、粘结性能好等诸多优点的新型无机胶凝材料,但材料本身具有脆性性质,应变能力低。工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)是通过在水泥基复合材料中添加高性能纤维制备而成。通过纤维增韧技术,可以制备出同时具备MPC和ECC优良特性的超高韧性磷酸镁水泥基复合材料(Ultra-high toughness magnesium phosphate cement-based composites,UHTMC)。本工作通过拉伸试验证实了UHTMC具有优异的拉伸力学性能、应变硬化和多缝开裂特征。通过试件的轴心抗压强度、极限压应变、受压弹性模量和泊松比分析了粉煤灰(Fly ash,FA)替代量(0%、15%、30%和45%)和养护龄期(14 d和28 d)对UHTMC压缩力学性能的影响规律。结果表明,UHTMC试件表现出良好的压缩韧性,随着粉煤灰替代量的增加和养护龄期的延长,试件的轴心抗压强度和受压弹性模量升高,但极限压应变降低,泊松比变化较小。通过对UHTMC的轴心受压应力-应变全曲线进行分析,提出和建立了轴心受压本构关系模型。最后,从微观层面上分析了粉煤灰替代量和养护龄期影响UHTMC宏观压缩力学性能的机理。
参考文献
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多维度评价
粉煤灰在磷酸镁水泥体系中的作用机制研究
孟祥瑞, 刘源涛, 陈兵, 王立艳
材料导报
2024,38(17 ):24010084 -7. DOI:10.11896/cldb.24010084
摘要
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本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球形粉煤灰颗粒具有滚动轴承的功能,优化了MPC的流动性;FA不仅填充了MPC的微孔隙、微裂缝,还体现了“晶核效应”,为MPC水化提供了成核位点,促进水化产物鸟粪石(MgNH
4
PO
4
·6H
2
O)的生成,使MPC的微观结构变得致密,从而提高了MPC的力学性能。此外,在水化热激活下,FA中的Al
2
O
3
会参与反应,生成少量磷酸铝相无定型凝胶。
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多维度评价
玄武岩微筋对磷酸镁修补砂浆弯曲性能的增强增韧效应研究
李伟, 谢剑, 佟成龙
材料导报
2024,38(17 ):23120021 -9. DOI:10.11896/cldb.23120021
摘要
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为了探究玄武岩微筋(Basalt minibar)对磷酸镁修补砂浆(MPCRM)的增强增韧改性效果,通过四点弯曲试验分析纤维类型、纤维掺量、基体水胶比及养护条件对MPCRM弯拉强度和弯曲韧性的影响规律。试验结果表明:玄武岩微筋对MPCRM的弯曲增强增韧性能优越,且其增韧效果优于玄武岩单丝纤维;当玄武岩微筋掺量不低于1.0%(体积分数)时,MPCRM弯拉强度和弯曲韧性均随着玄武岩微筋掺量增加而提高;随着水胶比提高,玄武岩微筋增强MPCRM的弯曲韧性降低,弯拉强度先增加后减小,水胶比为0.18和体积掺量为1.5%的玄武岩微筋增强MPCRM的弯拉强度最大;掺入玄武岩微筋能够部分弥补低温养护MPCRM的受冻损伤。
参考文献
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多维度评价
磷酸镁水泥高温性能研究进展
李晓, 赵莹莹, 故丽孜巴·阿不都热西提, 贾兴文, 钱觉时
材料导报
2024,38(17 ):23120217 -8. DOI:10.11896/cldb.23120217
摘要
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磷酸镁水泥(MPC)具有良好的高温性能,在钢结构防护、放射性和危险废物固化等领域具有良好的应用前景,在高端设备热防护和飞行器热障涂层等高温场景也具有良好的应用潜力。本文综述了MPC的水化机制及其在高温状态下的物理力学性能和水化产物的演化规律,总结了MPC在钢结构防火以及放射性和危险废物固化等领域的应用基础研究进展和存在的问题,从绝热性能、力学性能和高温体积稳定性三个主要方向给出了进一步改善MPC高温性能的建议,期望能够为促进MPC在高温场景的实际应用提供参考。
参考文献
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多维度评价
高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆力学与抗冻性能
陈歆, 刘文, 崔安琪, 郑海涛, 黄馨, 杨文萃, 葛勇
材料导报
2024,38(17 ):23120019 -9. DOI:10.11896/cldb.23120019
摘要
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磷酸镁水泥(MPC)砂浆因其低温下卓越的强度发展潜力和免于蓄热保湿养护的特性,特别适用于高寒地区破损混凝土结构的修补工作。研究采用现场试验的办法,以成型温度、镁磷质量比、养护制度为变量,跟踪不同龄期下不同条件的磷酸镁水泥砂浆的抗折与抗压强度,厘清了高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆力学性能的发展规律。研究又以成型海拔、成型温度、镁磷质量比为变量,以气泡结构和水饱和度为中间指标,以单面盐冻中质量剥蚀和快速冻融循环中相对质量及相对动弹性模量的变化为直接指标,剖析了高海拔地区低温成型磷酸镁水泥砂浆抗冻性能的影响因素。研究结果表明,自然养护相较恒定低温养护对早期强度发展有利,但对后期强度发展有不良影响。低温环境下成型有利于自然养护的磷酸镁水泥砂浆的后期强度。成型海拔、成型温度和镁磷质量比与砂浆的含气量呈负相关,与砂浆的气泡间距系数和水饱和度呈正相关。试验条件下,这三个变量的值越小,砂浆的抗冻性越好。-10 ℃成型,镁磷质量比为4对砂浆强度最有利;而-10 ℃成型,镁磷质量比为3对砂浆抗冻性最有利。这些研究成果为高寒地区磷酸镁水泥砂浆的工程应用提供了技术建议与理论支持。
参考文献
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多维度评价
镁质胶凝材料综述:研究进展与低碳路径探讨
曾田, 陈啸洋, 王南, 张婷婷, 关岩, 毕万利, 常钧
材料导报
2024,38(17 ):24010170 -15. DOI:10.11896/cldb.24010170
摘要
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镁质胶凝材料具有轻质、高强、低碱、耐高温和低二氧化碳排放的特点,已被广泛应用于预制建筑、道路修复和核废料固定等领域。本文系统综述了镁质胶凝材料近年来的主要研究成果;重点介绍了氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、水化硅酸镁水泥和磷酸镁水泥的原材料组成、水化机理、相转变和微观结构等,总结了其在碳固存、力学和耐久性等方面的研究进展,对比了上述四种水泥的性能及应用现状。最后,结合镁质胶凝材料的优势以及不足,提出了未来研究的方向和思路。我国是世界上镁资源最丰富的国家,镁质胶凝材料具有独特的性能,作为菱镁产业的重要一环,必将在低品位菱镁尾矿建材资源化利用方面大有可为。
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多维度评价
Mg(OH)
2
对磷酸镁水泥水化过程及性能的影响
陈嘉伟, 张芸侨, 陈卓凡, 刘智, 李军, 卢忠远, 赖振宇
材料导报
2024,38(17 ):24010085 -7. DOI:10.11896/cldb.24010085
摘要
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磷酸镁水泥(MPC)的镁质原料主要为重烧MgO,由于制备重烧MgO需要高温煅烧,其使用成本和碳排放量过高。氢氧化镁(Mg(OH)
2
)的来源丰富,制取成本低廉且无污染、安全环保,如能大量采用对缓解使用成本和碳排放量过高这一问题具有重要意义。因此,本工作使用Mg(OH)
2
代替部分重烧MgO,通过X射线衍射、热分析、扫描电镜和能谱分析等测试手段,研究其对MPC工作性能、水化过程、强度发展和微观结构的影响。结果表明,Mg(OH)
2
的掺入加快了MPC的水化过程,浆体的流动度降低,凝结时间缩短,本工作通过水玻璃热处理改性等缓凝手段改善其工作性能。随着Mg(OH)
2
的掺入,磷酸镁水泥的水化温度和pH值显著降低,水化28 d后的K-鸟粪石(K-struvite)结晶数量增多,抗压强度随Mg(OH)
2
含量的增加而降低,当Mg(OH)
2
掺量在50%以内时,其后期强度下降在15%的范围内,随Mg(OH)
2
掺量增大,更多的水化产物是由Mg(OH)
2
反应形成的,当Mg(OH)
2
掺量为66.6%时,重烧MgO的反应率由平均值22%降低至7%。总而言之,采用大掺量Mg(OH)
2
制备磷酸镁水泥具有可行性且能确保材料的后期力学性能满足工程应用的要求,对降低磷酸镁水泥使用成本和碳排放具有潜在的应用前景。
参考文献
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多维度评价
葡萄糖酸钠对硅磷酸钾镁水泥基本性能的影响
杨一哲, 林旭健, 许晓莹, 林恒舟, 陈韦羽, 叶财发
材料导报
2024,38(17 ):23080008 -6. DOI:10.11896/cldb.23080008
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硅磷酸钾镁水泥(MSPPC)是一种新型高性能磷酸镁水泥,与使用酸性磷酸二氢钾制成的普通磷酸钾镁水泥(MKPC)不同,其必要原材料包括碱性磷酸氢二钾、氧化镁和硅灰。MKPC不掺缓凝剂难以制备,而MSPPC由于凝结时间较长,无需使用缓凝剂即可制备,硬化后具有比MKPC更优异的力学性能,但其工作性能尚未能很好满足实际工程应用需求,可通过缓凝剂用量来调节凝结时间和流动性。硼砂是磷酸镁水泥常用的缓凝剂,但其具有潜在的毒性迫使人们需要寻找一种安全有效的替代品。本工作研究了葡萄糖酸钠(SG)掺量对MSPPC工作性能、抗压强度、水化温度、pH值、物相组成、孔隙率和微观形貌的影响,并建立了缓凝机理模型。结果表明,SG掺量越高,缓凝效果越显著,当SG掺量为6%时,初凝时间由12 min延长至30 min;净浆流动度由84 mm提升至142 mm;大于0.1 μm的孔占比减少,有效改善了孔径分布;水化产物的种类未发生改变,但3 d的抗压强度由64.3 MPa下降到53.9 MPa,下降了16.2%,而56 d的抗压强度下降了6.99%,不利影响减小。
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新型高性能磷酸镁胶凝材料
