水化磷酸盐强化磷酸镁水泥水化性能及其引致性能强化机理研究

Mineral admixtures are commonly used to improve the water resistance and stability of traditional magnesium phosphate cement (MPC). However, incorporating mineral admixtures into MPC would lead to loss of hydration activity and low strength of the MPC, which restricts the popularization and use of MPC. This project therefore aims to improve the hydration properties of the mineral admixture incorporated MPC using phosphate hydrates as crystallization nucleating agent. To clarify the influence rules and mechanism of hydration exothermic properties, microstructures, hydration products and mechanical properties of magnesium phosphate cement under different alkali excitation and curing environments caused by various kinds, dosage and particle size distribution of hydrated phosphate crystals. The adsorption mechanism of hydrated phosphate seed and its content on interstitial solution ions of magnesium phosphate cement was studied, combined with the influence of hydrated phosphate on the ion content in the interstitial solution of MPC and with the help of hydration kinetics, thermodynamics and related physical and chemical knowledge. Finally, a hydration model suitable for hydration phosphate reinforced MPC system is established. It will lay a solid foundation for improving the performance of traditional magnesium phosphate cement and the application of mineral admixture modified magnesium phosphate cement in rapid repair, emergency repair, solid waste and so on, as well as enriching and developing concrete science.

传统磷酸镁水泥通常采用掺加矿物掺合料的方式提高磷酸镁耐水性和体积稳定性能，但矿物掺合料的掺加会引起磷酸镁水化活性损失，降低其强度，影响磷酸镁水泥的推广使用。因此，本项目拟在前期工作的基础上，采用水化磷酸盐为磷酸镁水泥的结晶成核剂强化外掺矿物磷酸镁水泥的水化性能。理清在不同碱激发、养护环境下水化磷酸盐晶种种类、掺量、粒度分布致引磷酸镁水泥水化放热特性、微观结构、水化产物、力学性能改变的影响规律及机理；结合水化磷酸盐对磷酸镁水泥间隙溶液离子的影响规律，借助水化动力学、热力学及相关物理化学知识，研究水化磷酸盐晶种、掺量对磷酸镁水泥间隙溶液离子的吸附规律及机理，最终完善优化建立适用于水化磷酸盐强化磷酸镁水泥体系的水化模型。为改善传统磷酸镁水泥的性能，提高矿物掺合料改性磷酸镁水泥在在快速修补、抢修、固废等方面的应用，丰富与发展混凝土科学打下牢固的基础。

磷酸镁水泥是一种快硬水泥，在快速修补、抢修、固废等方面具有广阔的应用前景。然而，作为一类修补材料，磷酸镁水泥耐水性能较差、水化放热速率较快、放热量大不适于大体积工程，矿物掺合料的掺入（尤其是大掺量矿物掺合料）会整体上引起磷酸镁水泥的水化活性损失，降低磷酸镁水泥的强度，从而限制磷酸镁水泥的进一步利用。因此，研究提高磷酸镁水泥外掺矿物掺合料掺量，同时不降低其性能的方法和技术手段尤为重要。.为解决磷酸镁水泥耐水以及放热过快等问题，本研究利用水化磷酸盐增强磷酸镁水泥强度，研究水化磷酸盐强化磷酸镁水化特性、微观结构及力学性能的影响规律；同时，从掺合料和缓凝剂方面入手，研究影响磷酸镁水泥水化放热特性、微观结构、水化产物、力学性能改变的规律及机理，进而提升磷酸镁水泥性能；最后，结合水化动力学、热力学及相关物理化学知识，建立适用于磷酸镁水泥体系的水化模型。.本项目在执行期间超额完成了项目预期的科研成果：发展培养博士后3人，培养博士2名，硕士生4名，学士7名，辽宁省百千万人才“千人层次”1人，服务沈阳先进个人1人，辽宁省优秀科技工作者1人；参与国内外学术会议10余次；发表论文13篇，其中SCI论文7篇（中科院一区论文4篇，二区Top3论文1篇），参加学术交流发表会议论文1篇，中文期刊5篇；申请发明专利5项，软件版权2项；解决了2项关键科学问题。不仅在理论上阐明了影响磷酸镁水泥水化放热特性、微观结构、水化产物、力学性能改变的关键因素，而且在应用中对磷酸镁水泥实际施工也具有非常好的指导意义。