磷酸鎂水泥水化行為及水化產(chǎn)物穩(wěn)定性的熱力學模擬.pdf

1、磷酸鎂水泥(Magnesium potassium phosphate cement，MPC)作為一種新型水泥，常常被用于建筑、道路的快速修補、人造骨骼制備以及核廢棄物固化中。磷酸鎂水泥有多個品種，其中磷酸氨鎂水泥(Magnesium ammonium phosphate cement，MAPC)和磷酸鉀鎂水泥(Magnesium potassiumphosphate cement，MKPC)是兩種常見的磷酸鎂水泥，在工業(yè)中有著廣泛的應

2、用。目前對于磷酸鎂水泥的力學性能、產(chǎn)物組成以及穩(wěn)定條件的研究主要還維持在試驗研究階段，機理部分還有待深入的研究。由于磷酸鎂水泥的性能主要由其水化產(chǎn)物的組成決定，而水化產(chǎn)物的組成又受到原材料摩爾比、外加劑以及反應溫度的影響。因此研究水化產(chǎn)物的組成是理解和改善磷酸鎂水泥性能的基礎。目前國內(nèi)外對磷酸鎂水泥的基礎研究和內(nèi)在水化機理還有待完善，因此本文利用熱力學計算的方法研究磷酸鎂水泥體系的水化機理、水化產(chǎn)物組成及水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性。
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3、研究收集關(guān)于MKPC和MKPC的標準熱力學數(shù)據(jù)，如吉布斯自由能、摩爾標準生成焓、熱容等，結(jié)合PITZER模型，初步建立適用于MKPC和MKPC的熱力學數(shù)據(jù)庫，并利用熱力學模擬軟件PHREEQC，對數(shù)據(jù)庫的可靠性進行驗證。借助已建立的磷酸鎂熱力學數(shù)據(jù)庫，利用模擬軟件計算了25℃，0.1 MPa條件下，MAPC和MKPC反應過程中溶液pH值的變化情況，同時研究了原材料摩爾比與水化產(chǎn)物組成的關(guān)系，給出了反應平衡狀態(tài)下水化產(chǎn)物的形成和消失的條件

4、。研究發(fā)現(xiàn)，在MAPC中，水化產(chǎn)物的組成受到M/P值的影響：當M/P＜0.49時，水化產(chǎn)物為(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O；當0.49＜M/P＜1.00時，水化產(chǎn)物為(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O、MgHPO4·3H2O和MgNH4PO4·6H2O；當M/P＞1.00時，水化產(chǎn)物為MgNH4PO4·6H2O和過量的MgO。在MKPC中，水化產(chǎn)物的組成受到M/P值的影響：當M/P＜0.475時，水化產(chǎn)物為MgHPO4·

5、3H2O；當0.475＜M/P＜0.64時，水化產(chǎn)物為MgHPO4·3H2O、Mg2KH(PO4)2·15H2O；當0.64＜M/P＜0.655時，水化產(chǎn)物為Mg2KH(PO4)2·15H2O；當0.655＜M/P＜1.00時，水化產(chǎn)物為Mg2KH(PO4)2·15H2O和KMgPO4·6H2O；當M/P＞1.00時，水化產(chǎn)物為KMgPO4·6H2O和過量的MgO。通過熱力學模擬研究了外加劑的摻量對溶液pH值的影響。結(jié)果表明，H3PO4

6、和硼酸的摻入會降低溶液的pH值，而(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4、K2HPO4、 K3PO4的摻入會提高溶液的pH值。進一步比較(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4、K2HPO4、K3PO4、H3PO4的摻入量對MPC水化產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)在MAPC體系中，隨著(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4摻量的增加，中間相(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O、MgHPO4·3 H2O更容易從溶液中析出，但和未摻外加劑相比，物

7、質(zhì)的量減少。(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4摻量的增加對最終的水化產(chǎn)物的組成和物質(zhì)的量影響較小。在MKPC體系中，隨著K2HPO4、K3PO4摻量的增加，中間相MgHPO4·3H2O、Mg2KH(PO4)2·15H2O更容易從溶液中析出，但和未摻外加劑相比，物質(zhì)的量減少。K2HPO4、 K3PO4的摻入對最終的水化產(chǎn)物的組成和物質(zhì)的量影響較小。H3PO4的加入使MPC體系的水化產(chǎn)物的物質(zhì)的量減少。為了考察溫度對MPC的水化產(chǎn)物組