Na2HPO4·12H2O對磷酸銨鎂水泥凈漿性能的影響★

盛 東 吳發紅， 楊建明

(1.安徽理工大學，安徽 淮南 232001； 2.鹽城工學院土木工程學院，江蘇 鹽城 224001)

1 概述

磷酸鎂水泥是以重燒氧化鎂、酸式磷酸鹽和外加劑為主要原料的新型氣硬性膠凝材料。因其具有化學結合陶瓷的屬性，故又被稱為化學結合磷酸鹽陶瓷。與普通硅酸鹽水泥相比，磷酸鎂水泥在快硬早強、體積穩定性和耐熱性等方面均體現出更加優越的性能[1-3]，因此在工程快速修補、生物骨粘結材料及有害物質的固化等方面應用較為廣泛[4-7]。一般情況下，磷酸銨鎂水泥(MAPC)是指磷源為磷酸二氫銨的磷酸鎂水泥。楊建明等[8]研究表明，適量摻加Na2HPO4·12H2O對磷酸鉀鎂水泥(MKPC)凈漿凝結硬化性能有著顯著的影響，但有關Na2HPO4·12H2O對磷酸銨鎂水泥(MAPC)凈漿性能的影響目前還鮮有研究。本文針對MAPC，擬選擇適量的Na2HPO4·12H2O(N)替代部分的磷酸二氫銨(P)組分，加入適量的硼砂作為緩凝劑制成新型MAPC，探究摻加不同比例的N對MAPC凈漿性能的影響。

2 試驗

2.1 試驗材料

重燒氧化鎂(M，煅燒溫度1 500 ℃～1 700 ℃，粒徑200目)，磷酸二氫銨(P，工業級，白色晶體，純度≥98%)，硼砂(B，工業級，白色晶體，純度≥95%)，Na2HPO4·12H2O(N，工業級，白素晶體，分析純)，拌和水為自來水。

2.2 試驗配比

新型磷酸銨鎂水泥(MAPC)由M，P，B，N按一定比例(如表1所示)在實驗室配制而成。其中各組水灰比W/C均為0.062 5。

表1 磷酸銨鎂水泥配比

2.3 試驗方法

MAPC凈漿初始溫度測試：先將200 g的MAPC干粉中P,N和B混合，加入一定量的水,攪拌1 min后加入M混合攪拌至均勻，然后將溫度計插入MAPC凈漿中部，讀數記為初始溫度。

MAPC凈漿凝結時間測試：采用維卡儀測定MAPC的凝結時間，由于MAPC初、終凝時間間隔很短，故試驗主要測定初凝時間，即作為MAPC的凝結時間。

MAPC凈漿流動度測試：參考GB/T 8077—2000混凝土外加劑勻質性試驗方法關于水泥凈漿流動度實驗的測試辦法。

MAPC硬化體抗壓強度測試：根據不同配合比制備40 mm×40 mm×40 mm的立方體試塊，試塊成型5 h后脫模，然后放在溫度(20±5)℃，相對濕度60%～70%的環境中自然養護至各個齡期，然后采用電子式萬能材料試驗機(WED-100)測試試塊的抗壓強度。

3 結果與討論

3.1 N對MAPC凈漿初始溫度的影響

圖1為N在不同比例摻量下配制的MAPC凈漿的初始溫度，結果顯示，m(P)/m(P+N)的比值對MAPC凈漿的初始溫度有較大的影響。適量的摻入N可有效地降低MAPC凈漿的初始溫度，但隨著N摻入量的不斷提高，N對MAPC凈漿降溫作用有一定的減弱。其中N摻量為5%的MAPC凈漿初始溫度(35.4 ℃)較之未摻加N時的初始溫度(39.3 ℃)降低了3.9 ℃，而當N的摻入量達到20%時，MAPC凈漿的初始溫度(31.6 ℃)僅比N摻量為15%時(32.4 ℃)降低了0.8 ℃。

3.2 N對MAPC凈漿凝結時間的影響

圖2為在環境溫度23 ℃下測得的用不同比例摻量N配制的MAPC凈漿的凝結時間，從圖中可見，與未摻加N的MAPC凈漿(m(P)/m(P+N)=0)相比，摻入適量的N(如m(P)/m(P+N)=10%，15%)可在一定程度上延緩MAPC的凝結時間，但N摻量超過一定的范圍后(如m(P)/m(P+N)=15%)，該延緩作用開始減弱。這與圖1中不同摻量N對MAPC初始溫度的影響規律一致，表明了N在MAPC凈漿中溶解反應吸收了大量熱量，使MAPC的初始溫度有所下降，進而降低了MAPC的早期水化反應速度，延長了凝結時間。

3.3 N對MAPC凈漿流動度的影響

圖3反映了在環境溫度23 ℃時不同比例摻量N對MAPC凈漿流動度的影響。在水灰比固定為0.062 5時，MAPC凈漿的流動度隨著N的加入及其摻量的提高而增大，但摻量超過一定范圍，其改善作用減弱。分析原因，這應該與N延長MAPC凈漿凝結時間的原理相同，N在MAPC凈漿中溶解反應吸熱，降低了漿體溫度，從而減少了反應所需的水量；N中含有12個結晶水，隨著N的加入及其摻量的提高，N在溶解過程中釋放出部分結晶水。這兩個原因均可加大MAPC凈漿的相對水灰比，在宏觀上反應為MAPC凈漿流動度的增大。

3.4 N對MAPC硬化體強度的影響

圖4顯示了水灰比固定為0.0625時，在環境溫度(20±5)℃，相對濕度60%～70%的自然養護條件下未摻加N(M1)和N摻量為15%(M4)的MAPC硬化體抗壓強度發展。根據圖4不難發現，雖然摻加N后的硬化體5 h脫模強度略低于未摻加N的硬化體脫模強度，但5 h后摻加N的硬化體強度有大幅度增長；當齡期達到1 d時，摻入N的硬化體強度明顯高于未摻加N的硬化體強度(達22 MPa)。1 d后摻加N的硬化體強度的增長速度減緩，3 d后兩種配比的MAPC硬化體強度的增長速度基本趨于一致，28 d后二者均出現了不同程度的強度收縮，但至60 d時摻加N的MAPC硬化體強度仍然高于未摻加N的硬化體強度。

4 結語

1)適量的摻加N會在MAPC凈漿中溶解反應吸熱，降低體系溫度，進而在一定程度上延長MAPC凈漿的凝結時間。

2)適量的摻加N產生的吸熱降溫作用減緩了MAPC凈漿前期的水化反應速度，降低了反應所需的水量，且N在溶解反應過程中釋放出一定量的結晶水，這兩個原因增大了MAPC凈漿的相對水灰比，從而提高了流動度。

3)雖然適量摻加N的MAPC硬化體5 h脫模強度略低于未摻加N的硬化體強度，但脫模后其強度增長迅速，到1 d時其強度大幅高于未摻加N的硬化體，3 d后二者強度增長曲線基本趨于一致，至60 d時較之未摻加N的MAPC硬化體，摻加N的MAPC硬化體強度仍然更高。

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