毕业设计（论文）磷酸镁水泥的开发.doc

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1、目 录中文摘要4ABSTRACT5引 言6第一章 文献综述71.1粘接基础71.1.1胶粘剂371.1.2 无机胶粘剂71.1.2.1 无机胶粘剂的概述71.1.2.2 无机胶粘剂的特点81.1.2.3 无机胶粘剂的反应机理681.1.3 磷酸盐类胶粘剂1291.2磷酸镁水泥的研究91.2.1 磷酸盐水泥的组成91.2.2 磷酸盐水泥的制备、水化机理及水化产物101.2.3 磷酸盐水泥的凝结、强度影响因素及性能特点分析111.2.3.1 凝结时间影响因素分析111.2.3.2 影响磷酸盐水泥强度的因素18121.2.3.3 性能特点121.3磷酸镁水泥的应用121.3.1 磷酸盐水泥在快速修补

2、领域广阔的前景121.3.2 磷酸盐水泥在军事工程中的应用131.3.3 机场、军港和桥梁等军事交通设施的快速抢修131.3.4 重要军事工程的防护13第二章 实验部分152.1实验药品和器材152.1.1 主要试剂152.1.2 主要仪器152.2磷酸盐水泥(MPC)的配制152.2.1 使用氧化镁制备磷酸盐水泥152.2.1.1 MgO粉末与磷酸二氢铵不加热配合152.2.1.2 MgO粉末与磷酸二氢铵加热配合162.2.1.3 煅烧MgO粉末162.2.2 使用轻质氧化镁制备磷酸盐水泥162.2.2.1 轻质MgO粉末与磷酸二氢铵不加热配合162.2.2.2 轻质MgO粉末与磷酸二氢铵加

3、热配合162.2.2.3 不同PM比的轻质MgO粉末与磷酸二氢铵不加热配合162.2.2.4 轻质MgO粉末与磷酸钙加热配合162.2.2.5 磷酸盐水泥的配制（以磷酸二氢锌做掺杂物）172.2.2.6 磷酸二氢铵与MgO粉末配制水泥（以氧化钙做掺杂物）172.2.2.7 磷酸二氢铵与MgO粉末配制水泥（以氯化钠做掺杂物）。172.2.2.8 磷酸二氢铵与MgO粉末配制水泥（以氧化铜为缓凝剂）172.2.2.9 采用氯化镁做添加剂172.2.2.10 轻质氧化镁粉末+普通氧化镁粉末配置磷酸镁水泥。172.3MgO粉末的制备182.3.1 用管状电炉煅烧MgCO3制备MgO182.3.2 使用1

4、600快速升温节能箱式电炉煅烧碱式碳酸镁制备氧化镁182.3.3 自制MgO粉末配制磷酸盐水泥182.4样品检测192.4.1 TG/DTG分析192.4.2 强度检测19第三章 结果与讨论203.1使用氧化镁制备磷酸盐水泥203.1.1 氧化镁的分析与讨论203.1.2 以磷酸二氢铵做掺杂物203.2使用轻质氧化镁制备磷酸盐水泥203.2.1磷酸二氢铵与轻质MgO粉末配制水泥203.2.1.1以氧化钙和氯化钠做掺杂物203.2.1.2 以氧化铜为缓凝剂213.2.1.3 采用氯化镁做添加剂213.3自制MgO粉末配制水泥213.3.1 管式电炉煅烧所制MgO粉末213.3.2使用1600快速

5、升温节能箱式电炉煅烧碱式碳酸镁制备氧化镁213.4磷酸盐水泥的热重实验213.4.1 P/M=14时试样的TG/DTG图及分析讨论213.4.2 磷酸盐水泥强度实验的分析与讨论22第4章 结 论24致 谢25参考文献26附录一 抗压强度曲线附录二 文献翻译附录三 英文原文中文摘要本实验研究了磷酸盐水泥，探索了其掺杂物种类、掺杂温度、反应时间等条件对粘合剂性能的影响，并对结构、性能、热稳定性进行了分析。阐述了磷酸盐水泥的组成和对各种组成材料的要求以及磷酸盐水泥的性能。其基本材料是重烧氧化镁和聚磷酸盐。阐明了磷酸盐水泥材料配方中氧化镁与磷酸盐性质及其配比对水泥性能的影响。通过对试样进行TG/DTG

6、分析，分析了水泥的热分解机理。用于磷酸盐水泥的氧化镁粉末的最主要的特征就是它的反应活性。氧化镁的煅烧温度越高，其活性越低。实验结果表明，重烧的活性氧化镁和聚磷酸盐是制备氧化镁水泥的理想材料。关键词：无机粘合剂 磷酸盐水泥 热稳定性 强度ABSTRACTIn this experiment we did some works with phosphate cement. This text investigates adulterant category, blend temperature and reaction time etc. conditions to affect the adhe

7、sive capability, and carried on analysis to the structure, function, thermo-stability. The composition and properties of phosphate cement ,the requirement of its materials needed are discussed. Its compositional materials are heavy burnt magnesia and polyphosphatic solution. Meanwhile, we did a TG/D

8、TG analysis with the sample, analyzed the decomposing mechanism of the cement. The characteristic of magnesium oxide powder that used for phosphate cement is its reaction activity. The activity of the magnesium oxide that calcined by high temperature (also named dead-burned magnesia) is lower than t

9、hat by low temperature. The effect of features, the amount of magnesium oxide and phosphate on the cement properties are described . It can be used in large fabrication repairing and in industrial waste disposal.KEYWORDS inorganic adhesive ; phosphate cement； thermostability； intension前 言磷酸盐水泥(MPC)是

10、一种适用于陕速抢修机场跑道、高速公路、桥梁等建筑工程的新型胶凝材料，是近年来国际前沿研究课题之一，而当前我国对该类材料的研究偏少。许多重要的混凝土结构如高速公路、机场跑道、桥梁等一旦出现破坏，将造成巨大的直接和间接的经济损失，需花巨额资金来修复它们。这些问题有相当一部分是因为采用传统的修补材料进行修补时，将导致较长时间中断结构物的使用。采用快凝特种修补材料如磷酸盐水泥可使结构物快速恢复使用，使经济损失大幅度降低。为了保证混凝土修补成功和耐久，修补材料除了本身具有高的强度外与旧混凝土之间具有良好的粘结和性能匹配，及体积稳定性高等特性非常重要。已有的研究结果表明磷酸盐基修补材料完全具备了这些性能，

11、同时热膨胀系数和弹性模量与普通硅酸盐水泥混凝土相近，也不存在如环氧树脂等有机修补材料那样的老化问题。此外磷酸盐水泥具有非常快的强度发展和高的耐久性如耐磨性、防钢筋锈蚀性、抗盐冻性能等。因此磷酸盐水泥非常适合于高速公路、机场跑道、桥梁、城市主干道等混凝土工程的快速修补与抢修，也可用来结构加固与补强，以及混凝土制品厂破损制品的修复等。开展磷酸盐水泥的水化机理、水化产物、性能特点及其应用等方面的研究具有显著的经济、军事效益。第一章 文献综述1.1粘接基础凡能把同种的或不同种的固体材料表面连接在一起的媒介物质统称胶粘剂，胶粘剂也称胶粘剂。通过胶粘剂的粘接力使固体表面连接的方法叫粘接或胶结。被粘合的固体

12、材料称被粘物。粘接技术在工业上和焊接、铆接及螺栓连接等都是连接材料的工艺技术，但粘接技术比焊接、铆接及螺栓连接技术更复杂、更广泛。近代的粘接技术和胶粘剂的研究是一门多学科性的边缘学科。它是在高分子化学，有机化学，胶体化学和材料力学等学科的基础上发展起来的技术科学。数千年前，人类就意识到自然界中的粘接现象，例如甲壳动物牢固地粘贴于岩石等。自然界存在的粘接现象启发人类利用粘接作为连接物体的方法。早期的胶粘剂都来源于天然物质，例如用来粘编发髻汁、血胶；用来粘合箭头、矛头的松脂、天然沥青以及淀粉、骨胶、石灰、硅酸盐等。在古代，人们把粘接技术看作为一种神秘的、不外传人的专匠工艺1。我国是应用胶粘剂最早的

13、国家之一。据文字记载和出土文物的考察证实，我国远在秦、汉时代就有粘接箭羽、泥封和建筑上应用粘接技术的记录2。1.1.1胶粘剂3 胶粘剂是以粘料为主剂，配合各种固化剂、增塑剂、稀释剂、填料以及其他助剂等配制而成。最早使用的胶粘剂大都是来源于天然的胶粘物质，如淀粉、糊精、骨胶、鱼胶等，用水做溶剂，通过加热配制而成。由于组分较为单一，不能适应各种用途上的要求；当今的胶粘剂大都是采用合成高分子化合物为主剂，制成的胶粘剂有良好的粘接性能，可供各种交接场合使用。1.1.2 无机胶粘剂1.1.2.1 无机胶粘剂的概述多年来，人类对有机胶粘剂的研究和报导最多。但在高温下经常使用的玻璃，陶瓷和金属等无机材料，其

14、加工性能和有机高分子材料相比差的多，特别是陶瓷，加工性能更差，若想制造结构复杂的器件，不仅在技术上很困难，而且成本贵。假如使用无机胶粘剂将无机材料粘合成结构复杂的器件，不仅能够提高生产力，还能改善其机械性能。1980年12月在秦始皇陵西侧出土的一组铜车马，在修复中发现，固定银件的是一种无机胶粘剂4。随着航天航空技术的飞速发展，迫切需要具有耐高温性能的非金属新型材料，于是促进了无机胶粘剂的研究及其开发应用。 无机胶粘剂(Inorganic Adhesives)已列入美国化学文摘(CA)的关键词索引中，无机胶粘剂方面的报导有几十篇。以日本木村馨为首的科学家就有关无机胶粘剂的研制发表了一系列综合性文

15、章，系统地阐述了无机胶粘剂的分类、组成、固化反应及主要性能，并指出了其应用前景。1974年苏联出版了无机胶粘剂专著。并于1986年再版发行。1979年我国首次在科学实验上发表无机胶粘剂的研制工作。80年代，我国把胶粘剂作为精细化工的个很重要研究方向加以发展，并取得显著成就。1.1.2.2 无机胶粘剂的特点一般来说，无机胶粘剂具有以下特点5：1.耐高温：无机胶粘剂本身可以承受1000左右或更高的温度。2.抗老化性好。3.收缩率大。4.脆性大。其弹性模量比有机胶粘剂高一个数量级。故无机胶粘剂套接强度高，硬度大；对平面对接、搭接、冲击、剥离强度较低。改进的方法有：使其形成无机大分子，如Si-O-Si

16、 , P-O-P键；在无机胶粘剂中引进有机改性组分。 5.抗水、耐酸碱性差。1.1.2.3 无机胶粘剂的反应机理6胶粘剂最重要的性质是必需具备粘合性，如果其是结构胶粘剂，则还需具备高强度。强度决定于胶粘剂的内聚力、被粘合材料的强度、胶粘剂和被粘材料间的粘合力7。三者之间最弱的力则是强度的控制因素，所以具有粘合力的同时保持高的内聚力是粘合技术的主要问题。根据胶粘剂的吸附理论，粘合力包括表面湿润，胶粘剂分子向被粘物表面移动、扩散和渗透、胶粘剂与被粘物表面形成物理化学结合以及机械结合等一系列过程8。表面张力小的物质容易湿润，所以在胶粘剂中加表面活性剂以降低其表面张力。当胶粘剂分子带极性部分和被粘物表

17、面带相反极性部分之间的距离达到510-10m以下可产生物理化学结构9，所谓物理化学结构是以主价键结合，如离子键、共价键、配位键等化学价键。也可以是次价键结合，如氢键、范德华力、偶极力、诱导偶极力、色散力。在胶粘剂中起主要作用的是配位键和范德华力。即使是加工精细的被粘物表面，从微观来看仍有许多微孔，流动性的胶粘剂就能渗透入这些微孔，形成钉形、沟形、根形等机械结合。渗透的程度与微孔深度、孔径、压力成正比，与胶粘剂分子的形状和微孔的形状也有关系。扩散理论则认为自粘是同种分子的扩散，互粘是不同分子的扩散，均是大分子本身或其链段的热运动扩散10。假如胶粘剂是液态，被粘物在液化中的扩散是显著的，实际上可认

18、为是一种溶解过程。双电层理论认为粘合是带电粒子在不同相内因性质差异而引起的转移，粘合功能等于电容瞬时放电量。研究者依据相关理论，研究制得以无机材料为主的单组分体系胶粘剂11。1.1.3 磷酸盐类胶粘剂12磷酸盐类胶粘剂可用通式MnP2O5表示之。当M为离子半径小的金属（如铝）时粘接性能好。胶粘剂由酸式磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐或直接由磷酸与金属氧化物、卤化物、氢氧化物、碱性盐类、硅酸盐、硼酸盐等的反应产物为基料组成。根据使用目的可加入填料，填料大致与硅酸盐胶粘剂相同 。磷酸盐类胶粘剂有硅酸盐-磷酸、酸式磷酸盐、氧化物-磷酸等众多的品类。与硅酸盐胶粘剂相比，一般耐水性更好、固化收缩率小、高温强度

19、较大以及可在较低温度固化的优点。磷酸盐胶粘剂可粘接金属、陶瓷、玻璃等。硅酸盐-磷酸胶粘剂，例如氧化铝、石灰、石英玻璃料粉末与磷酸混磨制得的齿科胶泥，由于二氧化硅凝胶的形成而固化，用做齿科填充料。酸式磷酸盐胶粘剂中，除了金属的酸式磷酸盐外，有机衍生物如肼、胲、苯胺、甲胺或乙胺的酸式磷酸盐也可用做粘料，而最重要的是酸式磷酸铝。酸式磷酸盐具有由氢键缔合的网状结构，而在高温下脱水缩聚成高分子或正磷酸盐，在1100以上的温度下以正磷酸盐形式存在。氧化物-磷酸胶粘剂中因一些弱碱性的和磷酸反应缓慢，可在粘接现场临时配制使用。随二者的配比不同，而可生成酸式磷酸盐或正磷酸盐等。由经煅烧的氧化锌与已部分用锌或铝的

20、氢氧化物中和的磷酸拌和而成的磷酸锌齿科胶及类似的磷酸铜齿科胶属于这一类。已在金属粘接中广泛使用的氧化铜无机胶粘剂是属氧化物-磷酸胶粘剂的最出色的代表。1.2磷酸镁水泥的研究1.2.1 磷酸盐水泥的组成MPC体系主要由重烧MgO、磷酸磷酸盐及水组成，其中重烧MgO的活性与材料性能密切相关，因此，研究和测定MgO的活性是一个很重要的环节。长期以来人们对轻烧MgO的活性进行了大量研究，提出了不少测定方法，而对重烧MgO则普遍认为没有活性或活性很低 。其实，MgO的活性只是一个相对概念，是指MgO在特定的实验条件下，参与化学或物理化学过程的能力。在MPC体系中，重烧MgO与磷酸磷酸盐之间的水化反应速度

21、很快，说明在这个特定体系中，重烧MgO的活性并不低13。，随着煅烧温度升高，Mg0 的比表面积、碘吸附值以及活性MgO含量均随之减小。这是因为镁盐刚刚开始分解生成的初生态MgO 晶粒微小，晶格畸变显著，结构松弛，其活性较高。随着温度升高，MgO 晶粒不断长大，晶格生长渐趋完善，晶格畸变减小，晶粒之问空隙收缩，结构变得紧密，其活性随之下降。MPC材料的固化是基于MgO和磷酸二氢铵之间的酸碱反应。其中磷酸二氢铵能在水中迅速溶解并产生PO；一、H+和NH+，而MgO在受到水和H+的进攻后，颗粒表面溶解产生Mg+，两者相互作用，生成不溶于水的产物。随着水化反应的进行，产物不断长大并相互交联，最终形成具

22、有一定强度的固化体。MgO的活性越高，它在水中的溶解速度越快，水化反应速度越快，MPC的凝结时问越短，早期强度越高。由于MgO与磷酸二氢铵之间的水化反应是一个放热反应，MgO活性越高 水化速度越快，单位时间内反应放热量越多，放出的热量又进一步加速水化反应的进行，从而使单位时问内反应放热量进一步增加。MPC作为一种植入体内的粘结材料，不仅希望它有较高的早期强度，同时还希望它在水化过程中放热量较少(若放热量过多，会造成周围组织的坏死)，这是一对矛盾。因此，只有选择活性适的MgO才能符合MPC材料的要求14。（此处原先的字体怎么要和别处不一样？）1.2.2 磷酸盐水泥的制备、水化机理及水化产物磷酸盐

23、水泥MPB是由MgO与磷酸盐缓凝剂按一定比例混合而成。MgO的比重和比表面积分别为3475和160dkg。MPB配制后就可以象普通硅酸盐水泥一样方便地使用。磷酸镁水泥的水化反应实质上是一个以酸碱中和反应为基础的放热反应。许多研究者得出磷酸镁水泥的主要水化产物MgNH4PO 46H2O、MgNH4PO 4H2O 和Mg(PO4)24H2O。MgO+NH4H2PO4+5H2O = MgNH4PO46H2OMgO + NH4H2PO4= MgNH4PO4H2O3MgO + 2NH4H2PO4 + H2O = Mg3(PO4)2+4H2O +2NH3综合其它研究者及实验成果, 对磷酸镁水泥的水化反应机

24、理可概括为: 当磷酸镁水泥与水拌合后,NH4H2PO4首先溶于水中, H2PO 4- 离子使浆体呈显弱酸性。在弱酸性条件下, 死烧MgO产生Mg2+ ,Mg2+ 、NH4+ 、H2PO2- 和PO4-迅速反应生成磷酸盐水化物, 使磷酸镁水泥表现出快硬特性。初始水化物由于发生相变等原因, 或者由于NH4H2PO4与MgO的反应是放热反应,使保护层区的渗透率提高, 因而水及溶出离子又迅速通过膜层而使水化速率加快形成越来越多的磷酸盐水化物非结晶态。由于体积的膨胀, 使保护层破裂。同时, 越来越多的Mg2+ 离子进入溶液形成更多的水化产物。随着反应的进行, 非结晶态磷酸盐水化物逐渐向结晶态的磷酸盐水化

25、物转化。这时由于是晶态的转变, 故不会产生大量的热。随着水化物晶核的不断生长, 长大及相互之间接触和连生使得磷酸镁水泥浆体内形成一个以MgO 颗粒为框架, 以磷酸盐结晶水化物为粘结料的结晶结构网, 从而使磷酸镁水泥浆体硬化为有很高力学性能的硬化体。磷酸盐水泥水化产物的种类、特征以及水化产物与材料性能间的关系一直是众多研究者所关注的问题。磷酸盐水泥水化产物主要是MgNH4PO46H20，MgNH4PO6H20作为磷酸盐水泥水化产物含量最多且粘结性能最好的相，其结构与性能的变化直接影响到磷酸盐水泥强度的高低及质量的好坏15 。1.2.3 磷酸盐水泥的凝结、强度影响因素及性能特点分析1.2.3.1

26、凝结时间影响因素分析在氧化镁磷酸盐水泥中，氧化镁的反应活性倚赖于Mg离子进入溶液的比率。实际上，在氧化镁润湿的过程中水分子被Mg(H2O)n2+络合物取代的概率取决于氧化镁生成的Mg2+离子的浓度。这就是碳酸镁作为增加氧化镁反应活性的杂质存在的理由，因为碳酸镁的解离过程比氧化镁要快。氧化镁的解离需要一个初步的润湿。氧化镁的表面态因此在反应中起到重要作用。表面的无序度越高，润湿过程也就越快。随着氧化镁反应活性的增加，其表面也在发生变化。氧化镁的煅烧限制了它的反应活性。在5001000的范围下，碳酸镁逐渐转化为氧化镁。在1000到1250之间，表面重构发生了并且减少了晶格缺陷。润湿因此而慢了下来，

27、氧化镁的反应活性随之减少，超过1250，微小的颗粒溶化并凝聚起来。理论表面积象氧化镁的反应活性一样减少16。（此处原先的字体怎么要和别处不一样？）磷酸盐水泥的水化反应速度非常快，特别适合于工程的快速修补。但是，如果水泥水化速度过快，不仅会造成成型不便，而且还会影响到试件的最终强度及其它性能。影响磷酸盐水泥凝结速度的因素主要有：氧化镁的活性及比表面积，缓凝剂的种类及掺量，环境温度及试件大小等。磷酸盐水泥所使用的MgO一般是碳酸镁经1 000 以上的高温煅烧后磨细而成，其活性要比1 000 qc以下煅烧生成的MgO活性低许多，起到了降低水化反应速度的作用；磷酸盐水泥的水化反应速度还会随着MgO的比

28、表面积增大而迅速加快。笔者所做的试验结果表明，在其它条件都相同的情况下，MgO 比表面积为2340cm/g时，磷酸盐水泥的凝结时间约为9 min；当MgO 比表面积为3130cm/g时，磷酸盐水泥的凝结时间约为3.5 min；当MgO比表面积为7380cm/g时，磷酸盐水泥因为凝结速度太快而无法成型。随着缓凝剂掺量的增加，磷酸盐水泥的凝结时间会大大延长，施工可操作性能明显提高。但是应当注意的是，缓凝剂的缓凝效果往往是以牺牲磷酸盐水泥早期强度为代价17。降低磷酸盐水泥的水化速度还可以通过降低反应温度，如冷水成型或在寒区施工来实现。另外，在同样条件下，大试件的凝结硬化速度要比小试件的凝结硬化速度快

29、，这主要是由于磷酸盐水泥的水化反应是放热反应，试件越大，放热量就越大，从而大大促进了磷酸盐水泥的水化速度。1.2.3.2 影响磷酸盐水泥强度的因素18磷酸盐水泥的早期强度发展很快，且强度随龄期增长不断提高，但到7d以后就基本上趋于稳定，之后的强度发展比较缓慢。影响磷酸盐水泥强度的因素主要包括以下几方面：磷酸盐氧化镁比值。过大或过小的磷酸盐氧化镁比值都会降低磷酸盐水泥的强度；缓凝剂掺量。随着缓凝剂掺量的增加，磷酸盐水泥的强度尤其是早期强度迅速降低；氧化镁细度。氧化镁细度主要对磷酸盐水泥的早期强度产生影响，随着细度的增加，早期强度增加，但细度对后期强度影响不大；用水量。水固的增加会使强度迅速下降；

30、矿物掺合料。粉煤灰虽然会造成早期强度降低，但合适的掺量对磷酸盐水泥后期强度还有提高的效果。环境温度。温度的增加可提高磷酸盐水泥的早期强度，但对后期强度影响不大，过高的温度反而不利于磷酸盐水泥强度的发展。1.2.3.3 性能特点磷酸盐水泥具有以下比较突出的性能：快凝快硬；早期强度高；低温凝结速度快；与旧混凝土的粘接强度高，不需要再使用界面粘结剂；耐磨性及抗冻性好，干缩小在民用方面，磷酸盐水泥对于高速公路、机场跑道、市政主干道的快速修补也是非常适用的材料19。1.3磷酸镁水泥的应用1.3.1 磷酸盐水泥在快速修补领域广阔的前景许多重要的混凝土结构如高速公路、机场跑道、桥梁等一旦出现破坏，将造成巨大

31、的直接和间接的经济损失，需花巨额资金来修复它们。这些问题有相当一部分是因为采用传统的修补材料进行修补时，将导致较长时间中断结构物的使用。采用快凝特种修补材料如磷酸盐水泥可使结构物快速恢复使用，使经济损失大幅度降低。为了保证混凝土修补成功和耐久，修补材料除了本身具有高的强度外与旧混凝土之间具有良好的粘结和性能匹配，及体积稳定性高等特性非常重要。已有的研究结果表明：磷酸盐基修补材料完全具备了这些性能，同时热膨胀系数和弹性模量与普通硅酸盐水泥混凝土相近，不存在如环氧树脂等有机修补材料那样的老化问题。此外磷酸盐水泥具有非常快的强度发展和高的耐久性如耐磨性、防钢筋锈蚀性、抗盐冻性能等。因此磷酸盐水泥非常

32、适合于高速公路、机场跑道、桥梁、城市主干道等混凝土工程的快速修补与抢修，也可用来结构加固与补强，以及混凝土制品厂破损制品的修复等。另外磷酸盐水泥还被尝试用来修补码头潮汐区混凝土表面的腐蚀、开裂、切缝处的破坏等201.3.2 磷酸盐水泥在军事工程中的应用磷酸盐水泥作为一种新型的胶凝材料，其生产工艺、水化机理及水化产物都不同于传统的硅酸盐水泥，也决定了其性能不同于传统的硅酸盐水泥。磷酸盐水泥的诸多优异性能使其在军事领域中具有广阔的应用前景，但相对于传统的普通硅酸盐水泥而言，磷酸盐水泥的研究工作在国内尚属起步阶段，在军事工程防护及抢修方面的研究则更少。1.3.3 机场、军港和桥梁等军事交通设施的快速

33、抢修2O世纪9O年代以来的几场现代高技术条件下的战争表明，世界军事强国都非常注重打击敌方后勤设施，例如破坏敌方的机场、军港、桥梁设施等，以达到迟滞敌方的兵力调遣、弱化敌方军队的作战补给能力的目的。因此，进行机场跑道、桥梁等后勤设施的战时快速抢修技术与方法的研究就成了当务之急。美国空军从2O世纪6O年代起就已经开展了对军用机场跑道进行战时快速维修的研究，研制出了一系列可用于战时机场快速抢修的材料和与之配套的施工技术。我军对机场、军港和桥梁等设施的战时陕速抢修技术也非常重视，1999年颁发的战役后勤保障纲要中就明确了战时快速抢修抢建的任务和要求21。磷酸盐水泥的超快凝结硬化性能可用于机场、桥梁和道

34、路等军事交通设施的快速抢修。用磷酸盐水泥抢修公路或机场，0.5 h即可通车，1.5 h即可供飞机起降，若优化材料的配合比和施工工艺，抢修的时间还可大大缩短。1.3.4 重要军事工程的防护防护工程是战争双方指挥、通信和其它战备设施的载体和安全保障，尤其对于防御方来说尤为重要，是保存战斗力和战斗潜力的可靠保证。目前，精确制导武器、新型钻地武器等已开始在高技术战争中大量使用，这些武器的使用对防护工程的威胁和破坏也越来越大。因此，研制新型高强度、高性能的防护材料就显得非常重要。鉴于磷酸盐胶凝材料的优良陛能，许多国家及地区的学者都曾致力或正在对磷酸盐胶凝材料的水化机理及应用开发进行研究。有些磷酸盐胶凝材

35、料的配方在有关文献上有所报道，但很多则仍处于保密阶段。目前的研究结果表明磷酸盐胶凝材料的强度发展远比硅酸盐水泥迅速，1 h抗压强度可达40 MPa以上，28 d抗压强度可达到90 MPa以上。采用磷酸一玻璃体配制的水泥1 d强度可达200 MPa以上；D.Roy等通过热水养护得到17 d抗拉强度在3541 MPa超高强磷酸盐胶凝材料。因此，若能将磷酸盐水泥及其混凝土用于建设重要军事工程(地下指挥中心、战略物资储备库等)，必将大幅度提高我军军事工程的的防护能力21。第二章 实验部分2.1实验药品和器材2.1.1 主要试剂 试剂名称 规格 生产厂家磷酸铵 AR 天津市大港一中化工厂轻质氧化镁 AR

36、 湘中化学制剂有限公司磷酸二氢铵 AR 河南焦作市化工三厂氧化镁 AR 北京化工厂碱式碳酸镁 AR 北京化工厂磷酸二氢锌 AR 上海试一化学试剂有限公司磷酸钙 AR 北京化工厂河砂2.1.2 主要仪器仪器名称 型号 生产厂家电子天平 BP310S 上海君达仪器仪表有限公司电子控温仪 SOR-PID 浦东电子仪表厂 管状电炉 623 松江电工厂筛网 220目 上于杜浦江山筛具厂1600快速升温节能箱式电炉 SKKL-16A 洛阳市涧西区华冠窑炉设备厂热重分析仪 TG/DTG/A8e 美国梅特勒公司2.2磷酸盐水泥(MPC)的配制2.2.1 使用氧化镁制备磷酸盐水泥磷酸盐水泥是由MgO与磷酸盐（本

37、实验采用磷酸二氢铵）按照一定的比例混合而成的。2.2.1.1 MgO粉末与磷酸二氢铵不加热配合实验过程中， 8g MgO粉末，2g磷酸二氢锌一起混合均匀，加入适量15ml蒸馏水充分搅拌35min，然后将该砂浆倒入用4块50mm50mm20mm大理石组成的一个20mm20mm模型内，振动后静置，30min后拆掉大理石，将试样放在空气中风干，待测。在反应的过程中，放出微量的热，说明氧化镁的活性不够与磷酸二氢锌的反应不够剧烈。2.2.1.2 MgO粉末与磷酸二氢铵加热配合重复上面实验，8g MgO固体粉末，2g磷酸二氢锌一起混合均匀在坩埚中于管式电炉中在910下煅烧4小时后取出，冷却后加适量水搅拌均

38、匀后装模（“装模方法同2.1.1”），30min后拆掉大理石，将试样放在空气中风干，待测。反应过程同2. 2.1区别不是很大，可见氧化镁的活性无法达到要求。2.2.1.3 煅烧MgO粉末由于以上实验做出的试样强度都太低，而且所采用的MgO固体粉末放置时间太长，可能含有其他杂质，所以对其煅烧，看质量是否减少。因为MgCO3的分解温度是540，Mg(OH)2的分解温度是340，所以将MgO粉末于马弗炉中在800下煅烧可以保证MgO粉末中的MgCO3或Mg(OH)2都能全部分解。称量30gMgO固体在800下煅烧1小时，取出冷却后称量质量为20.8g，说明该MgO杂质较多。2.2.2 使用轻质氧化镁

39、制备磷酸盐水泥2.2.2.1 轻质MgO粉末与磷酸二氢铵不加热配合实验过程中， 8g轻质MgO粉末，2g磷酸二氢锌一起混合均匀，加入适量15ml充分搅拌35min，然后将该砂浆装模（“装模方法同2.1.1”），振动后静置，30min后拆掉大理石，将试样放在空气中风干，待测。在反应的过程中，放出大量的热，使试管壁微烫，说明反应较为剧烈。2.2.2.2 轻质MgO粉末与磷酸二氢铵加热配合重复上面实验，8g轻质MgO固体粉末，2g磷酸二氢锌一起混合均匀在坩埚中于管式电炉中在910下煅烧4小时后取出，冷却后加适量水搅拌均匀后装模（“装模方法同2.1.1”），30min后拆掉大理石，将试样放在空气中风干

40、，待测。将试样放在空气中风干，待测。反应过程同2. 2.1区别也不大。 2.2.2.3 不同PM比的轻质MgO粉末与磷酸二氢铵不加热配合 重复上面实验，分别以8g轻质氧化镁4g磷酸二氢铵、8g轻质氧化镁3g磷酸二氢锌、8g轻质氧化镁1g磷酸二氢锌反应，所得MPC试样强度均不能达到要求。2.2.2.4 轻质MgO粉末与磷酸钙加热配合称量4g磷酸钙，8g轻质MgO粉末，2g磷酸二氢锌，将该混合物于马弗炉中在800下煅烧1小时后取出，冷却后加适量水搅拌35min，然后倒入模型内，振动后静置，30min后拆掉大理石，试样放空气中风干，检测强度。2.2.2.5 磷酸盐水泥的配制（以磷酸二氢锌做掺杂物）8

41、g轻质MgO粉末，2g磷酸二氢铵，2g磷酸二氢锌，加入适量水充分搅拌35min后倒入模内振动后静置，30min拆模，在空气中风干，待测。2.2.2.6 磷酸二氢铵与MgO粉末配制水泥（以氧化钙做掺杂物）称量2g磷酸二氢铵，8g轻质MgO粉末，2g氧化钙，加入适量水充分搅拌35min，搅拌过程中烧杯外壁发烫，说明二者反应激烈，然后倒入模型内，振动后静置，30min后拆掉大理石，试样放空气中风干，待测。2.2.2.7 磷酸二氢铵与MgO粉末配制水泥（以氯化钠做掺杂物）。 称量2g磷酸二氢铵，8g轻质MgO粉末，2g氯化钠，加入适量水充分搅拌35min，搅拌过程中烧杯外壁发烫，说明二者反应激烈，然后

42、倒入模型内，振动后静置，30min后拆掉大理石，试样放空气中风干，待测。2.2.2.8 磷酸二氢铵与MgO粉末配制水泥（以氧化铜为缓凝剂） 称量2g磷酸二氢铵，8g轻质MgO粉末，2g氧化铜，加入适量水充分搅拌35min，在混合物加入水中以后，水泥凝结速度略微变慢，放热有所减少。然后倒入模型内，振动后静置，30min后拆掉大理石，试样放空气中风干，待测。2.2.2.9 采用氯化镁做添加剂 选择MgO:MgCl2:H2O=7:1:12,则质量比应该为282.1：95.1：216=2.966：1：2.271。故此次选取的物料量为：轻质氧化镁6g ，氧化镁2g，水8g。反应过程中烧杯壁仅有微热，说明

43、参加反应的物料少，试样几乎无法成型。2.2.2.10 轻质氧化镁粉末+普通氧化镁粉末配置磷酸镁水泥。 根据上述实验可知，氧化镁的活性过低同时轻质氧化镁的活性又太高，于是将其混合配置磷酸盐水泥。将氧化镁粉末研磨充分并与轻质氧化镁粉末混匀后加入到磷酸二氢铵溶液中，充分搅拌35min，然后将该砂浆装模（“装模方法同2.1.1”），30min后拆掉大理石，将试样放在空气中风干，待测。2.3MgO粉末的制备由于以上实验所得试样经检验强度都不高，而且好多试样有裂开现象，可能是MgO粉末活性太高，因此想尝试自己制备MgO粉末进行实验。磷酸盐水泥所使用的MgO一般是碳酸镁经1000以上（一般煅烧温度为1700

44、）的高温煅烧后磨细而成，其活性要比1000以下煅烧生成的MgO活性低许多，起到了降低水化反应速度的作用。2.3.1 用管状电炉煅烧MgCO3制备MgO采用管状电炉（如图2所示）煅烧MgCO3固体粉末，同样采用SOR-PID型电子控温仪控制温度，管状电炉和马弗炉没多大区别，不过由于管状电炉电缆线和电阻间的连接处被密封了，所以温度升到极限时也不会被烧断，极限温度也只有1000左右。 图1 管状电炉示意图2.3.2 使用1600快速升温节能箱式电炉煅烧碱式碳酸镁制备氧化镁 将碱式碳酸镁经1500高温下煅烧1小时生成重烧氧化镁:：(MgCO3)4Mg(OH)25H2OMgO+H2O+CO2 将烧结的重烧氧化镁充分研磨后妥善保管。 产品的物理性能要有说明。 2.3.3 自制MgO粉末配制磷酸盐水泥 分别将两种自制的氧化镁各8g与2g磷酸二氢铵混合，加入15ml水充分搅拌35min，倒入模型内，振动后静置，30min后拆模，试样放空气中风干，待测。2.4样品检测2.4.1 TG/DTG分析分别对轻质MgO粉末与磷酸钙不加热配合制得的P:M=1:4的试样进行TG/DTG分析