一種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外加劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外 加劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 磷酸鎂水泥基復(fù)合材料是一種基于氧化鎂與可溶性磷酸鹽之間酸堿化學(xué)反應(yīng)和 物理作用而凝結(jié)硬化的新型的、可持續(xù)發(fā)展的無(wú)機(jī)膠凝材料，因其快硬早強(qiáng)的特點(diǎn)在上個(gè) 世紀(jì)80年代得到了西方國(guó)家的普遍關(guān)注，使得磷酸鎂水泥基復(fù)合材料在搶修搶建和修補(bǔ) 加固工程應(yīng)用等方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)隨著近期3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng) 用，因其良好的可建造性，可擠出性，粘聚性以及早強(qiáng)特點(diǎn)，使得磷酸鎂水泥基復(fù)合材料作 為3D打印材料在3D打印建筑領(lǐng)域顯示出尤為突出的應(yīng)用價(jià)值。但是磷酸鎂水泥水化反 應(yīng)非常劇烈，凝結(jié)時(shí)間較短，難以滿足施工操作和工藝要求；同時(shí)無(wú)論作為修補(bǔ)材料、加固 材料還是3D打印材料，磷酸鎂水泥基復(fù)合材料破壞形式主要表現(xiàn)為粘結(jié)破壞，即開(kāi)裂和脫 落，破壞原因歸根取決于材料的收縮性能，因此磷酸鎂水泥基復(fù)合材料的體積穩(wěn)定性和粘 結(jié)性能顯得尤為關(guān)鍵，決定著磷酸鎂水泥修補(bǔ)材料、加固材料和3D打印預(yù)制構(gòu)件的耐久性 能。目前修補(bǔ)材料壽命往往不超過(guò)20年，而修補(bǔ)材料的再修補(bǔ)所帶來(lái)的人力、物力和財(cái)力 的消耗也是相當(dāng)巨大的，特別對(duì)于3D打印構(gòu)件，其特殊的堆積成型方式造成構(gòu)件開(kāi)裂現(xiàn)象 非常嚴(yán)重，勢(shì)必影響其服役壽命和安全性能。
[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，如何調(diào)節(jié)磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能成為磷酸鎂水泥修補(bǔ)材料、 加固材料以及3D打印磷酸鎂水泥亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此，我們需要一種新型外加 劑，不僅可以平衡不同使用環(huán)境下磷酸鎂水泥基復(fù)合材料強(qiáng)度與凝結(jié)時(shí)間之間的關(guān)系，同 時(shí)使得磷酸鎂水泥基復(fù)合材料具有較高的體積穩(wěn)定性和耐久性能。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?01180072272. 7的專利文獻(xiàn)"緩釋磷酸水泥"，公開(kāi)了一種適合用于形 成硅磷酸鎂水泥的混合物。該混合物包括：至少部分包覆在用于改變所述水泥澆注件凝固 時(shí)間的添加劑中的MgO顆粒；選擇用以提供經(jīng)驗(yàn)化學(xué)式為MMgP04 · 6H20的粘結(jié)劑產(chǎn)品的磷 酸鹽或磷酸；以及一種選自（a)CaSi03,（b)MgSi03,（c)Si02,（d)粉煤灰，（e)海砂，以及（f) 以上各項(xiàng)的任何組合的集料相。該發(fā)明中運(yùn)用阻滯劑作為氧化鎂顆粒的包覆層存在來(lái)改進(jìn) 磷酸鎂水泥凝固時(shí)間的變化，以及改善澆注件物理性質(zhì)。然而，該外加劑使用原理是預(yù)先包 裹氧化鎂水泥，制備工藝是先將外加劑加入水中，然后與MgO混合，再經(jīng)烘干，整個(gè)過(guò)程比 較繁瑣，且整個(gè)混合物的凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，調(diào)控范圍小，不適宜用于快速修補(bǔ)領(lǐng)域。另外MgO 包裹后將會(huì)影響磷酸鎂水化機(jī)制，對(duì)其強(qiáng)度發(fā)展產(chǎn)生抑制。因此該方案不是改進(jìn)磷酸鎂水 泥凝固時(shí)間的理想方案。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮?01310393211. 1的專利文獻(xiàn)"一種磷酸鉀鎂水泥基混凝土膠粘劑及其 制備方法"，公開(kāi)了一種磷酸鉀鎂水泥基混凝土膠粘劑及其制備方法。該混合物中通過(guò)加入 一定量的粉煤灰和石灰石粉改善了磷酸鉀鎂水泥基混凝土的體積穩(wěn)定性。然而粉煤灰和 石灰石會(huì)造成磷酸鎂水泥早期強(qiáng)度下降，且該發(fā)明中磷酸鎂水泥的60天后的收縮值達(dá)到 2560X10 6,收縮降低有限，體積穩(wěn)定性差。當(dāng)用于加固舊混凝土?xí)r，較大的體積變形差距極 大可能造成粘結(jié)層的脫落。因此該方案中的體積穩(wěn)定性改善措施并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外加劑，改善磷酸鎂水 泥修補(bǔ)材料、加固材料以及3D打印磷酸鎂水泥凝結(jié)時(shí)間難控、環(huán)境適用性差，體積穩(wěn)定性 差，粘結(jié)性能差以及耐久性差等問(wèn)題。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008]-種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外加劑，由以下各組分按重量百分比組成：
[0009]
[0011] 所述膨脹劑為氧化鈣類、氧化鎂類膨脹劑的任意一種或兩種的混合。
[0012] 所述減縮劑為聚醚和聚醇類有機(jī)物的任意一種或兩種的混合。
[0013]所述有機(jī)纖維為聚乙烯纖維、聚丙烯纖維和玻璃纖維的任意一種或者幾種的混 合。
[0014] 所述纖維分散劑為季銨鹽類或纖維素類分散劑的任意一種。
[0015] 所述季銨鹽類分散劑優(yōu)選為十八烷基二甲基羥乙基季銨鹽硝酸鹽，所述纖維素類 分散劑優(yōu)選為羥丙基甲基纖維素。
[0016]所述粘度調(diào)節(jié)劑為有機(jī)硅降粘劑、有機(jī)聚醚類降粘劑的任意一種。
[0017]所述調(diào)凝劑為氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化銅或者六水氯化鎂的一種或幾種組 成。
[0018]所述超塑化劑為粉體聚羧酸減水劑。
[0019]本發(fā)明所述的一種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外加劑的制備方法為：按配方 比例稱取所需的膨脹劑、減縮劑、有機(jī)纖維、纖維分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑、調(diào)凝劑、超塑化劑混 合均勻，進(jìn)行包裝，制備成外加劑待用。
[0020] 本發(fā)明所述的一種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外加劑的應(yīng)用為：所述外加劑 摻量為磷酸鎂水泥基復(fù)合材料基材重量的2. 4%~8. 6%，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備和工藝條 件選擇外加劑預(yù)先與水配制成均勻混合物，外加劑現(xiàn)場(chǎng)與水配制成溶液、外加劑預(yù)先與磷 酸鎂水泥基材均勻混合或外加劑現(xiàn)場(chǎng)與磷酸鎂水泥基材拌合等方式。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：
[0022] 1.本發(fā)明組分簡(jiǎn)單，成本低，且取材方便，制備工藝簡(jiǎn)單、快捷，制備和施工過(guò)程中 節(jié)能環(huán)保，環(huán)境適應(yīng)性廣，有益于可持續(xù)發(fā)展。另外該外加劑的使用方法可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備和工藝情況而靈活選擇，便于施工操作和效率提升。
[0023] 2.調(diào)節(jié)本發(fā)明中調(diào)凝劑的種類和用量可實(shí)現(xiàn)磷酸鎂水泥基復(fù)合材料凝結(jié)時(shí)間在 2min~54min范圍內(nèi)靈活調(diào)控，完全能夠滿足磷酸鎂水泥基復(fù)合材料在不同使用用途下的 施工工藝需求，尤其適用于3D打印技術(shù)。同時(shí)凝結(jié)時(shí)間調(diào)控不受環(huán)境溫度等因素影響，能 夠適應(yīng)不同地理區(qū)域、不同施工環(huán)境下的施工需求，克服高溫環(huán)境下磷酸鎂水泥緩凝效果 極差問(wèn)題。凝結(jié)時(shí)間的調(diào)控機(jī)理主要通過(guò)調(diào)凝劑的保護(hù)膜作用、調(diào)節(jié)溫度和pH值作用來(lái)調(diào) 控復(fù)合材料的水化速率而實(shí)現(xiàn)。
[0024] 3.經(jīng)檢測(cè)，使用本發(fā)明所述外加劑的磷酸鎂水泥基復(fù)合材料，1小時(shí)后抗壓強(qiáng)度 可達(dá)到15~30MPa，l天后抗壓強(qiáng)度可達(dá)到35~46MPa，28天后抗壓強(qiáng)度可達(dá)到67~ 80MPa，解決了磷酸鎂水泥早期強(qiáng)度與凝結(jié)時(shí)間之間的平衡關(guān)系，避免了緩凝對(duì)磷酸鎂水泥 早期強(qiáng)度的抑制作用。
[0025] 4.利用本發(fā)明中纖維增韌、膨脹劑補(bǔ)償收縮、減縮劑化學(xué)減縮協(xié)同作用可以實(shí)現(xiàn) 磷酸鎂水泥基復(fù)合材料硬化后良好的體積穩(wěn)定性、致密性和耐久性能，90天后干燥收縮變 形僅為45~70X10 6,極大地降低了材料和構(gòu)件的收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，使其具有良好的整體性 和穩(wěn)定性，提高了磷酸鎂水泥修補(bǔ)材料、加固材料的服役壽命，極大地節(jié)省了修補(bǔ)材料的再 修補(bǔ)消耗，同時(shí)極大地降低了目前3D打印建筑中構(gòu)件裂縫通病的出現(xiàn)概率。
[0026] 5.使用本發(fā)明所述外加劑的3D打印磷酸鎂水泥擠出過(guò)程中穩(wěn)定性高，粘聚性佳， 堆積過(guò)程中層層之間粘結(jié)性好，28天后粘結(jié)強(qiáng)度經(jīng)劈裂抗拉試驗(yàn)測(cè)試可達(dá)4. 0~4. 8MPa， 保證了打印過(guò)程中材料良好的形態(tài)保持和穩(wěn)定能力以及3D打印的持續(xù)性和操作性，極大 地推進(jìn)了 3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明提供了一種磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性能調(diào)節(jié)外加劑，利用由膨脹劑、減縮 劑、有機(jī)纖維、纖維分散劑、調(diào)凝劑、粘度調(diào)節(jié)劑和超塑化劑組合而成的外加劑改善磷酸鎂 水泥基復(fù)合材料的性能使其滿足用作修補(bǔ)材料、加固材料，尤其3D建筑打印材料等工藝和 服役性能需求，本發(fā)明使得磷酸鎂水泥基復(fù)合材料具有凝結(jié)時(shí)間可控幅度大，超早強(qiáng)，粘結(jié) 性能佳、體積穩(wěn)定性好、耐久性好、施工操作方便簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。為了更好地理解本發(fā)明，下面 結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0028] 磷酸鎂水泥基復(fù)合材料基材采用重?zé)趸V27. 7%，磷酸二氫鉀17. 7%，河砂 45. 1 %，拌合水9. 5 %，這里采用的重?zé)趸V表面積在260~300m2/kg，河砂為級(jí)配砂，其 粒徑小于4. 75_以及細(xì)度模數(shù)在2. 9~3. 0。為了評(píng)價(jià)本發(fā)明對(duì)磷酸鎂水泥基復(fù)合材料性 能調(diào)節(jié)效果，在磷酸鎂水泥基復(fù)合材料基材、外加劑和水充分?jǐn)?