利用硅灰制备新型磷酸钾镁水泥的机理研究.docx
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1、福州大学硕士研究生论文开题报告论文题目利用硅灰制备新型磷酸钾镁水泥的机理研究姓名学 号性别导师学科专业研究方向学院开题报告时间、地点导师审核 意见导师签名:年 月 日审核小组 意见与评 定成绩(注:需对开题报告的总体情况进行评价,指出不足和建议,并明 确是否同意开题报告通过。)审核小组成员签名:年 月 日评定成绩(在相应 等级打Y)优()良()中()及格()不通过 ()学位点 意见学位点负责人签名:年 月 日一、论文选题依据(包括本课题国内外研究现状述评,研究的理论与实际意义,对科技、经济和社会发展的作用等)1.1研究背景磷酸盐胶凝材料在19世纪被发现应用,是一种新型水泥质材料。磷酸盐材料早期
2、以磷 酸锌为主,由于其矿物组成稀有、造价很高等原因未能大范围应用,仅仅局限于被用作牙科 粘结剂。近几年,随着对磷酸镁和磷酸钙的研究开发,磷酸盐水泥的应用范围得到了扩大。 磷酸镁水泥以其高强快硬的特性被大量应用于水泥混凝土的快速修补领域,如飞机跑道、公 路和桥面等;磷酸钙水泥被视为一种生物材料,因其特有的与人体骨骼良好的相容性被大量 应用于外科整形、牙医和骨科等领域。典型的磷酸盐胶凝材料有下列几种反应制备方法? 磷酸与含硅的材料反应;弱碱性或两性氧化物与酸式磷酸镁反应;磷酸镁与金属氧 化物反应;金属氧化物与酸式磷酸镁、磷酸镂、酸式磷酸钙以及其他金属磷酸盐的反应。 其中磷酸镁水泥是应用最广泛的一种
3、,被认为是一种较有发展潜力的新型胶凝材料,国内外 研究工作者给予了越来越多的关注,并且开展了大量研究工作。L2国内外研究现状磷酸镁水泥是由烧结氧化镁与可溶性磷酸盐、外加剂以及矿物掺和料按照一定比例,在 酸性条件下通过酸碱化学反应生成的以磷酸盐水化物为黏结相的新型无机胶凝材料,国外学 者又将其命名为 CBPCS(ChemiCalIy bonded phosphate ceramics) o国外对于磷酸镁胶凝材料的研究应用较早,开始用于牙科领域。在七十年代末期,Cassidy JE等人成功研究制备出了可以用于土木工程修补磷酸镁胶凝材料,具有快凝早强的特性片 到八十年代初期,西方国家开始将磷酸镁材料
4、用于机场、军事工程等重要设施的应急抢修领 域,大大扩展了磷酸镁材料的用途;之后,SUgama、Abdelrazig Hall等人对磷酸镁材料开 展了进一步细致的研究,对其微观结构、反应机理及改性做了大量研究工作,磷酸镁胶凝材 料的应用趋于成熟。Sugama. Kukacka系统研究了磷酸镁材料的水化物特性和显微结构,在 此基础上提出了相应的水化和缓凝机理;Abdelrazig和Sharp进一步研究了磷酸镁材料 的强度、水化产物和孔结构s片进入九十年代后,磷酸镁水泥开始被应用于放射性和有毒废 弃物的固化应用中,之后磷酸镁水泥因为其水化热大而被应用于寒冷地区和地热地区的深层 油井固化汽Hall.
5、Stevens系统研究了缓凝剂对磷酸镁水泥凝结时间的影响,在此基础上 还提出了磷酸镁常见缓凝剂的缓凝机理,如硼砂,三聚磷酸和硼酸叫Jean Pera & Jean Ambroise在对磷酸镁固化有害物质和核废料应用研究的基础上,还对磷酸镁水泥进行了纤维 改性研究,以提高磷酸镁水泥基材料的韧性、抗折强度等性能”。二十世纪九十年代末期,磷酸镁胶凝材料开始受到国内相关研究工作者的关注,有关研 究在国内部分高校内开始兴起。杨全兵、姜洪义等人研究了氧化镁细度对水化反应速率、水 化放热量、凝结时间、早期强度和后期强度的影响侬。钱春香等刈研究了氧化镁原料粒度 对磷酸镁水泥性能的影响,结果表明,只有满足一个最
6、佳氧化镁细度,才能获得适当的早期 水化反应速率,形成足量水化产物的同时晶粒生长完好、晶格缺陷少,形成以未水化的氧化 镁颗粒为骨架,水化产物为填充结构的最佳硬化体。张思宇、汪宏涛等研究了粉煤灰对于磷 酸镁的改性作用,研究表明粉煤灰不但可以调节磷酸镁水泥的颜色,使之与水泥路面颜色相 协调,而且能提高磷酸镁水泥的抗压强度、体积稳定性和工作性能1电。孙伟院士等结合宏 观和微观的分析方法,研究了磷酸镁水泥体系中粉煤灰的多种效应,研究表明粉煤灰在磷酸 镁水泥体系中可与水化产物反应生成含有镁、铝、硅、磷等元素的非晶态无定形物质,除此 之外还发现粉煤灰在磷酸镁水泥体系中发挥了吸附效应,因为粉煤灰对部分P(V离
7、子的吸附 在一定程度上阻止了磷酸根离子与镁离子它的接触,从而延缓了水泥的水化。杨建明等认 为硼砂的缓凝机理表现在以下两个方面:首先硼砂可以吸附在氧化镁表面形成一层保护膜从 而达到延缓水化反应;另外,硼砂还能通过调节PH值和吸附降温,抑制氧化镁颗粒的溶解速 度和降低反应体系温度来发挥其延缓早期水化的作用。此研究结果为磷酸镁水泥缓凝措施提 出了一个新的思路I。李鹏晓等采用了磷酸二氢钾取代磷酸二氢镂的方法系统研究了磷酸镁 水泥材料,探讨了氧化镁的相对含量对磷酸镁水泥强度的影响。结果表明,随着氧化镁相对 含量的提高,试件抗压强度值增加;当氧化镁含量不足,磷酸二氢钾过量时,由于磷酸二氢 钾吸水膨胀而失去
8、强度;反之,如果氧化镁含量过高,水化反应速率加快,凝结时间变短, 不利于磷酸镁水泥的早期工作性能;汪宏涛等研究表明,对于磷酸镁水泥净浆而言,磷 酸二氢镂与氧化镁的最佳摩尔比值在1/41/5之间,此时具有良好工作性能和抗压强度;对 于磷酸镁水泥砂浆和混凝土而言,磷酸二氢镂与氧化镁的最佳摩尔比值在r2之间,可 以配制高流动性的快硬早强混凝土;此外,因为氧化镁的离子溶出速率远远小于磷酸镁离子, 因此体系中氧化镁是过量的。这样,形成了一个以Mgo颗粒为骨架,以生成的磷酸镁结晶水 化物为为主的粘结网,水化生成的晶体包裹在未水化的氧化镁颗粒表面的整体。氧化镁与磷 酸镁存在一个最佳的比值,磷酸镁比例越大,体
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