摘要：综述了磷酸镁水泥的水化机理，阐述了其水化过程中体系的pH、温度变化过程。对其基本性能、生产工艺以及利用硼砂、粉煤灰等改性的方法对其性能的影响,指出当前磷酸镁水泥研究中存在的问题,并结合实际应用需求展望了其今后研究和发展方向。 关键词：磷酸镁水泥；水化机理；硼砂；粉煤灰
0引言
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磷酸镁水泥（MPC）是一种新型无机胶凝材料，由重烧镁粉、磷酸盐和缓凝剂构成。MPC是一种以酸碱中和反应为基础形成化学键而产生强度的胶凝材料，MPC拥有早强快硬、粘结力强、体积稳定性好、耐热性好、耐高温、与旧混凝土之间的相容性好、耐久性好及环境适应性广等特点[1]无菌检测系统
，同时兼有陶瓷、水泥、耐火材料的优点。MPC具有独特的性能，在混凝土抗冻、建筑材料、耐高温材料、固封废料、深层油井固化、生物骨粘结材料等方面呈现出广阔的应用前景，已成为国内外学者关注的研究热点之一。 1原理
磷酸镁水泥基材料是由重烧MgO、可溶性磷酸盐、缓凝剂及矿物掺合料等按照一定比例，在酸性条件下与水混合发生化学反应，生成以磷酸盐为黏结相的无机胶凝材料。早期研究采用的磷酸镁水泥基材料主要反应物为MgO和，水化反应过程中会释放氨气，对人体造成伤害，现阶段工程中普遍用取代。
当体系pH值较低时，MgO颗粒溶解，迅速生成水化中间相。这个过程反应迅速、激烈，放热量大，硼砂主要是延缓初始结构网的形成。随pH值的逐步提升，中间相开始逐步溶解，体系中逐步建立MKP的过饱和度﹔王中良研究得出当pH值高于7.5时，在满足充分的过饱和度时即开始成核结晶，MKP晶核自发形成和长大。水化反应方程式如下:
1.1水化硬化研究
关于磷酸镁水泥水化硬化过程的理论研究主要包括溶液扩散机理和局部化学反应机理，而多数学者比较认同前者，溶液扩散机理将磷酸镁水泥水化硬化过程分为3个主要阶段。第一阶段:易溶于水的磷酸盐和硼砂首先溶解，释放出、和，形成低pH值的磷酸盐水溶液；第二阶段:氧化镁溶解，氧化镁的溶解过程是在酸性磷酸盐水溶液中进行的，逐渐释放出，并以形式存在于水溶液中；第三阶段:溶液中不断电离出、，随着不断消耗，体系pH值逐渐上升，溶液中、跆拳道护具等离子开始反应生成水化产物，最终水化产物与未反应完的氧化镁颗粒相互胶结，体系迅速凝结硬化，形成磷酸镁水泥石。
1.1.1pH
王中良[2]发现磷酸镁水泥早期pH值提升来自于两方面:一是硼砂的迅速溶解对pH的提升作用，二是MgO颗粒的溶解消耗了电离出的部分；MKP的成核结晶过程必须要满足两大水化动力学条件:一是必要的浆体碱度（pH值不低于7.5）；二是体系中和不断出现，才能满足MKP成核结晶所需的过饱和度。
而对于与MgO产生的非接触测量水泥（MAPC），俗称鸟粪石。在碱性溶液中，鸟粪石的溶解度降低，因此增强了鸟粪石的保护膜作用。为了形成鸟粪石，镁离子、铵离子和磷酸根必须发生反应，而当盐溶液的pH值超过11时，镁离子、铵离子和磷酸根不具有反应能力。下图为不同M/P对MAPC水化体系pH的影响，在包含、、和的MPC体系中，鸟粪石易结晶，成长快。
1.1.2温度
You[3]HDPE多孔加筋缠绕波纹管研究发现MKPC的水化放热非常集中，在水化0~8h释放出大量热量。图1给出了MKPC在0~8h的水化放热速率曲线，出现两个放热峰。根据现有水化阶段的划分方式，按照各水化放热曲线上各拐点出现的时间顺序依次将其标定为A~F，两个相邻拐点之间的曲线为一个阶段，即可将MKPC早期水化划分为6个阶段。在水化第一阶段，溶解吸收热量，因而放热曲线上表现出了一个吸热峰，这个过程大约持续3min；在水化的第二阶段开始发生水化反应，吸热速率迅速变为零并向外界释放出热量，经历0.2h后升至第一个峰值；经历快速集中放热后水化进入第三阶段，经过0.6h水化放热速率下降至一个较低点；进入水化第四阶段后，MKPC放热速率继续缓慢增长，经历约0.4h到达水化放热第二个峰值；进入水化第五阶段，放热速率由第二个峰值历经约1.8h缓慢将至点E；在水化第六阶段，放热速率缓慢下降至趋近于0，这个阶段时长约5h。
edi电源2磷酸镁水泥的改性
2.1缓凝剂
缓凝剂是控制MPC水化过程不可或缺的组份。主要有硼砂、三聚磷酸钠等，其中硼砂目前使用最多。杨建明[4]等发现B和K在溶液中相互促进溶解吸收大量溶解热以及B调高了MPC
浆体的pH值，抑制了M颗粒的溶解两种因素均可延缓MPC浆体的早期水化反应速度。杨建明发现硼砂在磷酸镁水泥浆体中，除在MgO表面形成保护膜外，还通过降低体系温度和调节浆体pH值进而减慢水化反应速度来延缓浆体的凝结。
硼砂的缓凝机理提出异议，通过研究硼酸在磷酸镁水泥浆液中的离子浓度变化和电导率，发现溶液中总硼含量并未随时间发生改变，推测硼砂并未富集在氧化镁颗粒表面，认为硼砂的作用可能是将稳定在溶液中，从而延缓了水化产物的沉淀结晶。
5结论
MPC是一种典型的早强快硬性胶凝材料﹐用作土木工程材料,可以缩短施工周期,提高施工速度。同时由于MPC具有早期强度高和粘结力强的特点,可以用作混凝土结构抢建抢修材料。若能解决水接触强度倒缩的问题,还可以用于水工结构材料。
参考文献
[1]Wagh A S, Jeong S Y, Singh D. HIGH STRENGTH PHOSPHATE CEMENT USING INDUSTRIAL BYPRODUCT ASHES[J]. American Society of Civil Engineers, 1999.
[2]王中良, 刘凯, 张超. 磷酸镁胶凝材料的水化机理研究[J]. 材料导报, 2014,28(S2):323-326.
[3]You C, Qian J, Qin J, et al. Effect of early hydration temperature on hydration product and strength development of magnesium phosphate cement (MPC)[J]. Cement and Concrete Research, 2015.
[4]杨建明, 钱春香, 焦宝祥, 等. 缓凝剂硼砂对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响[J]. 材料科学与工程学报, 2010(01):31-35.
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