基于盐湖提锂副产氧化镁的机场快速修补材料的基础研究

Due to the abominable climate in the northwestern region of China, airport pavement concrete in this region shows poor durability and is inclined to damage. For the efficiency use of airport, emergency repair materials are essential. There are rich salt lake resources in this region of China, and boron containing magnesium oxide is a main byproduct of extracting lithium form salt lake brine. As a kind of cementitious material, boron containing magnesium oxide is similar to cement. By using of the retarding effect of B203, this research endeavors to provide a low cost emergency repair material. Using boron containing magnesium oxide as main raw material, combined with phosphate and retarder, magnesium phosphate cement (MPC) is expected to be obtained. Its basic mechanical properties, durability and its repair properties on the old cement concrete are to be measured. Its hardening mechanism and the action mechanism of retarder is to be analyzed, and the repair mechanisms, both physical and mechanical, are to be investigated. The main purpose of this research is to find a way for the abundant byproduct of salt lake resource, and at the same time provide an emergency repair method to the defects of airport pavements. This repair technology is expected to be not only rapid, but also low cost, durable and friendly to the existing ordinary concrete pavement.

我国的西北地区，环境气候条件恶劣，机场道面混凝土材料的耐久性差，破坏严重，制约了机场的正常使用。对机场道面紧急/快速修补材料的研究为维护我国西北地区的国土安全、少数民族的团结稳定和战时掌控制空权提供了强有力的保证。本文首次提出利用盐湖卤水提锂副产品含硼氧化镁的"烧结氧化镁的胶凝性能"和"B2O3的缓凝作用"，在西部地区研究制备低成本的机场道面紧急/快速修补材料- - 磷酸镁水泥（MPC）的基础理论。以含硼氧化镁为原料，添加磷酸盐和缓凝剂制备成MPC，测试MPC材料的基本力学性能、耐久性和对旧水泥混凝土的修补性能，研究其凝结硬化机理、缓凝剂作用机理、对机场混凝土的界面修补物理化学机理。主要为盐湖锂资源开发过程中的大量副产品含硼氧化镁找到利用的途径，达到盐湖资源的综合利用。另外，也为机场道面缺陷提供一种低成本、高耐久、与既有普通水泥混凝土之间的界面粘结强的紧急/快速修补技术。

针对我国西北地区机场道面混凝土材料耐久性差的背景，本项目提出利用盐湖提锂副产含硼氧化镁（B-MgO）制备用于机场道面快速修补的磷酸镁水泥（MPC）。在研究B-MgO在不同热处理温度下物理性质和化学性质的基础上，探讨了B-MgO热处理温度、 M/P、磷酸盐种类对 MPC 性能的影响，探索出MPC 的最优配比；通过掺加矿物掺合料，研究了MPC在自然养护、淡水和模拟海水中浸泡后的力学性能、物相和微观形貌等变化，探讨了水化机理。研究了MPC砂浆修补不同类型混凝土缺陷的技术方法，采用抗折粘结强度、劈裂抗拉粘结强度、表面拉拔强度和断裂韧性来评价其修补性能。探索研究了MPC+玻璃纤维布对损坏混凝土结构的快速修复与加固技术，分别对三种不同类型的钢筋混凝土梁进行了MPC玻璃纤维布修补加固，并完成结构性能测试与分析。. 针对B-MgO的无毒无害特征，本项目拓展了研究领域，提出了采用B-MgO制备磷酸镁骨水泥（MPCBC）的方法，通过水化热、凝结时间和力学性能对比，确定磷酸镁钾（MKPC）为最佳骨水泥体系；重点研究了最优配比 MKPC的物相组成、微观结构、固化过程、水化机理、 动力学特征、可注射性、 抗溃散性、体外降解过程规律和降解机理及生物相容性。. 通过本项目的研究，制备出了低成本高性能的机场跑道快速修补材料、建筑结构快速修补材料和人工骨修复材料，对于其在工程应用方面提供了理论基础， MPCBC研究成果还为盐湖镁资源的开发开辟了另一种高值化综合利用途径。