Na2HPO4·12H2O对磷酸铵镁水泥净浆性能的影响★

盛 东 吴发红， 杨建明

(1.安徽理工大学，安徽 淮南 232001； 2.盐城工学院土木工程学院，江苏 盐城 224001)

1 概述

磷酸镁水泥是以重烧氧化镁、酸式磷酸盐和外加剂为主要原料的新型气硬性胶凝材料。因其具有化学结合陶瓷的属性，故又被称为化学结合磷酸盐陶瓷。与普通硅酸盐水泥相比，磷酸镁水泥在快硬早强、体积稳定性和耐热性等方面均体现出更加优越的性能[1-3]，因此在工程快速修补、生物骨粘结材料及有害物质的固化等方面应用较为广泛[4-7]。一般情况下，磷酸铵镁水泥(MAPC)是指磷源为磷酸二氢铵的磷酸镁水泥。杨建明等[8]研究表明，适量掺加Na2HPO4·12H2O对磷酸钾镁水泥(MKPC)净浆凝结硬化性能有着显著的影响，但有关Na2HPO4·12H2O对磷酸铵镁水泥(MAPC)净浆性能的影响目前还鲜有研究。本文针对MAPC，拟选择适量的Na2HPO4·12H2O(N)替代部分的磷酸二氢铵(P)组分，加入适量的硼砂作为缓凝剂制成新型MAPC，探究掺加不同比例的N对MAPC净浆性能的影响。

2 试验

2.1 试验材料

重烧氧化镁(M，煅烧温度1 500 ℃～1 700 ℃，粒径200目)，磷酸二氢铵(P，工业级，白色晶体，纯度≥98%)，硼砂(B，工业级，白色晶体，纯度≥95%)，Na2HPO4·12H2O(N，工业级，白素晶体，分析纯)，拌和水为自来水。

2.2 试验配比

新型磷酸铵镁水泥(MAPC)由M，P，B，N按一定比例(如表1所示)在实验室配制而成。其中各组水灰比W/C均为0.062 5。

表1 磷酸铵镁水泥配比

2.3 试验方法

MAPC净浆初始温度测试：先将200 g的MAPC干粉中P,N和B混合，加入一定量的水,搅拌1 min后加入M混合搅拌至均匀，然后将温度计插入MAPC净浆中部，读数记为初始温度。

MAPC净浆凝结时间测试：采用维卡仪测定MAPC的凝结时间，由于MAPC初、终凝时间间隔很短，故试验主要测定初凝时间，即作为MAPC的凝结时间。

MAPC净浆流动度测试：参考GB/T 8077—2000混凝土外加剂匀质性试验方法关于水泥净浆流动度实验的测试办法。

MAPC硬化体抗压强度测试：根据不同配合比制备40 mm×40 mm×40 mm的立方体试块，试块成型5 h后脱模，然后放在温度(20±5)℃，相对湿度60%～70%的环境中自然养护至各个龄期，然后采用电子式万能材料试验机(WED-100)测试试块的抗压强度。

3 结果与讨论

3.1 N对MAPC净浆初始温度的影响

图1为N在不同比例掺量下配制的MAPC净浆的初始温度，结果显示，m(P)/m(P+N)的比值对MAPC净浆的初始温度有较大的影响。适量的掺入N可有效地降低MAPC净浆的初始温度，但随着N掺入量的不断提高，N对MAPC净浆降温作用有一定的减弱。其中N掺量为5%的MAPC净浆初始温度(35.4 ℃)较之未掺加N时的初始温度(39.3 ℃)降低了3.9 ℃，而当N的掺入量达到20%时，MAPC净浆的初始温度(31.6 ℃)仅比N掺量为15%时(32.4 ℃)降低了0.8 ℃。

3.2 N对MAPC净浆凝结时间的影响

图2为在环境温度23 ℃下测得的用不同比例掺量N配制的MAPC净浆的凝结时间，从图中可见，与未掺加N的MAPC净浆(m(P)/m(P+N)=0)相比，掺入适量的N(如m(P)/m(P+N)=10%，15%)可在一定程度上延缓MAPC的凝结时间，但N掺量超过一定的范围后(如m(P)/m(P+N)=15%)，该延缓作用开始减弱。这与图1中不同掺量N对MAPC初始温度的影响规律一致，表明了N在MAPC净浆中溶解反应吸收了大量热量，使MAPC的初始温度有所下降，进而降低了MAPC的早期水化反应速度，延长了凝结时间。

3.3 N对MAPC净浆流动度的影响

图3反映了在环境温度23 ℃时不同比例掺量N对MAPC净浆流动度的影响。在水灰比固定为0.062 5时，MAPC净浆的流动度随着N的加入及其掺量的提高而增大，但掺量超过一定范围，其改善作用减弱。分析原因，这应该与N延长MAPC净浆凝结时间的原理相同，N在MAPC净浆中溶解反应吸热，降低了浆体温度，从而减少了反应所需的水量；N中含有12个结晶水，随着N的加入及其掺量的提高，N在溶解过程中释放出部分结晶水。这两个原因均可加大MAPC净浆的相对水灰比，在宏观上反应为MAPC净浆流动度的增大。

3.4 N对MAPC硬化体强度的影响

图4显示了水灰比固定为0.0625时，在环境温度(20±5)℃，相对湿度60%～70%的自然养护条件下未掺加N(M1)和N掺量为15%(M4)的MAPC硬化体抗压强度发展。根据图4不难发现，虽然掺加N后的硬化体5 h脱模强度略低于未掺加N的硬化体脱模强度，但5 h后掺加N的硬化体强度有大幅度增长；当龄期达到1 d时，掺入N的硬化体强度明显高于未掺加N的硬化体强度(达22 MPa)。1 d后掺加N的硬化体强度的增长速度减缓，3 d后两种配比的MAPC硬化体强度的增长速度基本趋于一致，28 d后二者均出现了不同程度的强度收缩，但至60 d时掺加N的MAPC硬化体强度仍然高于未掺加N的硬化体强度。

4 结语

1)适量的掺加N会在MAPC净浆中溶解反应吸热，降低体系温度，进而在一定程度上延长MAPC净浆的凝结时间。

2)适量的掺加N产生的吸热降温作用减缓了MAPC净浆前期的水化反应速度，降低了反应所需的水量，且N在溶解反应过程中释放出一定量的结晶水，这两个原因增大了MAPC净浆的相对水灰比，从而提高了流动度。

3)虽然适量掺加N的MAPC硬化体5 h脱模强度略低于未掺加N的硬化体强度，但脱模后其强度增长迅速，到1 d时其强度大幅高于未掺加N的硬化体，3 d后二者强度增长曲线基本趋于一致，至60 d时较之未掺加N的MAPC硬化体，掺加N的MAPC硬化体强度仍然更高。

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