一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及磷酸镁水泥技术领域，具体涉及一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物及其制备方法。

背景技术

传统的水泥在长时间使用过程中会受到盐的侵蚀，从而影响水泥的抗压强度，磷酸镁水泥具有早强快硬、粘结强度高等优异性能，但随着建筑业的逐步发展，对水泥的要求也越来越高，为提高水泥的的结构强度、改善耐盐侵蚀性和更好粘结特性，现提出一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物及其制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

本技术方案中所述的一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物，包括磷酸镁水泥、丙烯酸及其衍生物的混合物；

所述丙烯酸及其衍生物的混合物包括质量百分数为丙烯酸及其衍生物单体79％～93％、交联剂5％～15％、促进剂1％～2.5％与引发剂1％～3.5％。

上述技术方案中优先地，所述丙烯酸及其衍生物单体为丙烯酸类单体、丙烯酸盐单体、丙烯酸酰胺单体、丙烯腈单体中的至少一种物质；

所述交联剂为二烯甘醇二甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸甲酯、四甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸三酯、二甲基丙烯酸二酯中的至少一种物质；

所述促进剂为叔丁醇、叔丁酮、三乙胺、二甲基对苯二胺、N,N-二乙基对苯二胺、三乙醇胺、二乙醇胺、二甲基对甲苯胺、氯化亚锡、硫代硫酸钠、连二硫酸钠、硫酸亚铁、环烷酸钴和异辛酸铅中的至少一种物质；

所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧二苯甲酰中的至少一种物质。

上述技术方案中优先地，包括吸水树脂。

上述技术方案中优先地，所述丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为82.8％～90.2％；所述交联剂的质量百分比为8％～12％；所述促进剂的质量百分比为1％～2％；所述引发剂的质量百分比为0.8％～3.2％。

上述技术方案中优先地，所述磷酸镁水泥的质量百分比为89％～99％；所述丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为0.9％～10％；所述吸水树脂质量百分比至多为1％。

上述技术方案中优先地，所述吸水树脂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、天然吸水树脂中的至少一种物质。

上述技术方案中所述的一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1.将质量百分比为82.8％～90.2％的丙烯酸及其衍生物单体、8％～12％的交联剂、1％～2％的促进剂与0.8％～3.2％的引发剂混合搅拌，制成丙烯酸及其衍生物的混合物；

S2.将质量百分比89％～99％的磷酸镁水泥、0.9％～10％的丙烯酸及其衍生物的混合物、水混合，其中水与磷酸镁水泥混合的质量比为(6～12)：100，搅拌混合；

S3.向S2的混合物中加入质量百分比至多1％的吸水树脂，混合搅拌，制成磷酸镁水泥组合物。

上述技术方案中优先地，所述S1、S2、S3中的混合搅拌方法包括机械搅拌、超声波搅拌或高剪切混合技术。

与现有技术相比，本发明提供的一种磷酸镁水泥组合物及其制备方法，具备以下有益效果：

向传统的磷酸镁水泥中添加丙烯酸及其衍生物的混合物与吸水树脂，增强了磷酸镁水泥的抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性；通过控制丙烯酸及其衍生物的混合物中的丙烯酸及其衍生物单体、交联剂、促进剂与引发剂的配比，从而提高磷酸镁水泥的抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性。

附图说明

图1是不同交联剂掺量对抗压强度影响的折线图；

图2是不同交联剂掺量对清水与硫酸钠溶液中水泥的抗压强度折线图；

图3是不同交联剂掺量对抗硫酸盐腐蚀系数的影响柱状图；

图4不同促进剂掺量对抗压强度影响的折线图；

图5不同促进剂掺量对清水与硫酸钠溶液中水泥的抗压强度折线图；

图6不同促进剂掺量对抗硫酸盐腐蚀系数的影响柱状图；

图7不同引发剂剂掺量对抗压强度影响的折线图；

图8不同引发剂掺量对清水与硫酸钠溶液中水泥的抗压强度折线图；

图9不同引发剂掺量对抗硫酸盐腐蚀系数的影响柱状图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明：

本发明实施例提供具有聚合物的磷酸镁水泥组合物，包括磷酸镁水泥、丙烯酸及其衍生物的混合物；

所述丙烯酸及其衍生物的混合物包括质量百分数为丙烯酸及其衍生物单体体79％～93％、交联剂5％～15％、促进剂1％～2.5％与引发剂1％～3.5％。

为了更好地实施该发明，所述丙烯酸及其衍生物单体为丙烯酸类单体、丙烯酸盐单体、丙烯酸酰胺单体、丙烯腈单体中的至少一种物质；

所述交联剂为二烯甘醇二甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸甲酯、四甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸三酯、二甲基丙烯酸二酯中的至少一种物质；

所述促进剂为叔丁醇、叔丁酮、三乙胺、二甲基对苯二胺、N,N-二乙基对苯二胺、三乙醇胺、二乙醇胺、二甲基对甲苯胺、氯化亚锡、硫代硫酸钠、连二硫酸钠、硫酸亚铁、环烷酸钴和异辛酸铅中的至少一种物质；

所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧二苯甲酰中的至少一种物质。

为了更好地实施该发明，本发明还包括吸水树脂

为了更好地实施该发明，所述丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为82.8％～90.2％；所述交联剂的质量百分比为8％～12％；所述促进剂的质量百分比为1％～2％；所述引发剂的质量百分比为0.8％～3.2％。

为了更好地实施该发明，所述磷酸镁水泥的质量百分比为89％～99％；所述丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为0.9％～10％；所述吸水树脂质量百分比至多为1％。若出现二次漏水或裂缝时，吸水树脂起到吸水作用，且吸水树脂在吸水后膨胀，起到二次堵漏的作用。

为了更好地实施该发明，所述吸水树脂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、天然吸水树脂中的至少一种物质。

本发明实施例提供的一种具有聚合物的磷酸镁水泥组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1.将质量百分比为82.8％～90.2％的丙烯酸及其衍生物单体、8％～12％的交联剂、1％～2％的促进剂与0.8％～3.2％的引发剂混合搅拌，制成丙烯酸及其衍生物的混合物，引发剂、促进剂与交联剂可根据不同的丙烯酸及其衍生物单体进行调整；

S2.将质量百分比89％～99％的磷酸镁水泥、0.9％～10％的丙烯酸及其衍生物的混合物、水混合，其中水与磷酸镁水泥混合的质量比为(6～12)：100，搅拌混合；丙烯酸及其衍生物的混合物加入到磷酸镁水泥中后，在促进剂与引发剂的作用下，其中丙烯酸及其衍生物单体的双键发生自由基反应，生成线性高分子，在交联剂的作用下，线性分子发生交联生成网络状的以C分子为骨架不溶于水的高分子凝胶体。

在磷酸镁水泥组合物中丙烯酸及其衍生物的混合物能与混凝土集料及水化产物表面牢固粘结。这些氢键、分子间作用力及毛细管作用是丙烯酸镁与混凝土发生物理吸附的主要形式。另外丙烯酸镁与混凝土直接还存在化学吸附，主要是丙烯酸镁与混凝土裂缝表面的Mg

S3.向S2的混合物中加入质量百分比至多为1％的吸水树脂，混合搅拌，制成磷酸镁水泥组合物。将制备成的磷酸镁水泥组合物通过注浆、加固等步骤制备成水泥块进行抗压、抗蚀强度测试。

丙烯酸及其衍生物的混合物有助于减少水泥组合物的孔隙度，增强密实性，吸水树脂有助于增强水泥组合物的膨胀性，两者同时作用，增强了水泥的抗压强度。

为了更好地实施该发明，所述S1、S2、S3中的混合搅拌方法包括机械搅拌、超声波搅拌或高剪切混合技术。

为获得出丙烯酸及其衍生物的混合物中交联剂、促进剂与引发剂的质量百分比范围，现分别调节交联剂、促进剂与引发剂掺量进行实验。

实验1、当不同掺量交联剂对水泥性能产生影响时，控制交联剂、促进剂与引发剂的混合配比为(8％～12％)：(1％～2％)：(0.8％～3.2％)，选取交联剂质量百分比为0％、5％、10％、15％，测得1d、3d、28d的净浆强度与抗硫酸盐侵蚀性结果表1。

表1不同掺量交联剂对水泥性能的影响

其中：

K

P

P

根据得出结果制出图1不同交联剂掺量对抗压强度影响的折线图、图2不同交联剂掺量对清水与硫酸钠溶液中水泥的抗压强度折线图与图3不同交联剂掺量对抗硫酸盐腐蚀系数的影响柱状图。

根据图1至图3及表1中所示，向磷酸镁水泥中掺入添加有交联剂的丙烯酸及其衍生物的混合物，在交联剂的作用下线性分子发生交联生成网格状的以C分子为骨架不溶于水的高分子凝胶体，且随着交联剂的掺量增加，抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性也逐步增加，当交联剂掺量到10％时后，再增加交联剂的掺量，抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性又会逐步降低。

为测定制成的水泥块在经受硫酸盐侵蚀后的抗压强度，故将不同掺量的交联剂的水泥组合物制成水泥块，每组相同交联剂掺量之下分别再设两组水泥块，将相同交联剂掺量的两组水泥块分别浸没到清水与硫酸钠溶液中28d，随后测定抗压强度，最终得出如图2所示折线图，由此可得出掺入交联剂量越多在硫酸钠溶液中的水泥块的抗压强度也会增强，当到达一定数值后，再增加交联剂量反而抗压强度会降低。且加入交联剂后的水泥块在硫酸钠溶液中的抗压强度反而比在清水中更强，由此也说明交联剂在硫酸盐对水泥块进去侵蚀时，将会发生显著作用，影响水泥块的抗压强度。

故为保证制成的水泥抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性能有显著提高，且又不会掺入过多交联剂造成材料浪费，在本发明中交联剂的质量百分比为8％～12％，其中交联剂的最优质量百分比为10％，在本实验中最优交联剂情况下，水泥抗蚀系数较0号试样提高了4.1％。

实验2、当不同掺量促进剂对水泥性能产生影响时，控制交联剂、促进剂与引发剂的混合配比为(8％～12％)：(1％～2％)：(0.8％～3.2％)，选取促进剂质量百分比为0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％，测得1d、3d、28d的净浆强度与抗硫酸盐侵蚀性结果表2。

表2不同掺量促进剂对水泥性能的影响

根据得出结果制出图4不同促进剂掺量对抗压强度影响的折线图、图5不同促进剂掺量对清水与硫酸钠溶液中水泥的抗压强度折线图与图6不同促进剂掺量对抗硫酸盐腐蚀系数的影响柱状图。

根据图4至图6及表2中所示，向磷酸镁水泥中掺入添加有促进剂的丙烯酸及其衍生物的混合物，促进剂和引发剂共同作用，使得双键发生自由基反应生产线性高分子，线性高分子在交联剂作用下发生交联，生产网格状的以C分子为骨架不溶于水的高分子凝胶体。随着促进剂的掺量增加并到达一定量时，抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性才会逐步增加，当促进剂掺量到达1.5％时后，再增加促进剂的掺量，抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性又会逐步降低。

为测定制成的水泥块在经受硫酸盐侵蚀后的抗压强度，故将不同掺量的促进剂的水泥组合物制成水泥块，每组相同促进剂掺量之下分别再设两组水泥块，将相同促进剂掺量的两组水泥块分别浸没到清水与硫酸钠溶液中28d，随后测定抗压强度，最终得出如图5所示折线图，由此可得出掺入促进剂量到达一定量后继续增加，在硫酸钠溶液中的水泥块的抗压强度也会增强，当到达一定数值后，再增加促进剂量反而抗压强度会降低。且加入促进剂后的水泥块在硫酸钠溶液中的抗压强度反而比在清水中更强，由此也说明促进剂在硫酸盐对水泥块进去侵蚀时，将会发生显著作用，影响水泥块的抗压强度。

故为保证制成的水泥抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性能有显著提高，且又不会掺入过多促进剂造成材料浪费，在本发明中促进剂的质量百分比为1％～2％，其中促进剂的最优质量百分比为1.5％，在本实验中最优促进剂情况下，水泥抗蚀系数较0号试样提高了1.3％。

实验3、当不同掺量引发剂对水泥性能产生影响时，控制交联剂、促进剂与引发剂的混合配比为(8％～12％)：(1％～2％)：(0.8％～3.2％)，选取引发剂质量百分比为0％、1.0％、2.0％、3.0％、4.0％，测得1d、3d、28d的净浆强度与抗硫酸盐侵蚀性结果表3。

表3不同掺量引发剂对水泥性能的影响

根据得出结果制出图7不同引发剂掺量对抗压强度影响的折线图、图8不同引发剂掺量对清水与硫酸钠溶液中水泥的抗压强度折线图与图9不同引发剂掺量对抗硫酸盐腐蚀系数的影响柱状图。

如图7至图9及表3所示，为测定制成的水泥块在经受硫酸盐侵蚀后的抗压强度，故将不同掺量的引发剂的水泥组合物制成水泥块，每组相同引发剂掺量之下分别再设两组水泥块，将相同引发剂掺量的两组水泥块分别浸没到清水与硫酸钠溶液中28d，随后测定抗压强度，最终得出如图8所示折线图，由此可得出掺入引发剂量越多，在硫酸钠溶液中的水泥块的抗压强度也会增强，当到达一定数值后，再增加引发剂量反而抗压强度会降低。且加入引发剂后的水泥块在硫酸钠溶液中的抗压强度反而比在清水中更强，由此也说明引发剂在硫酸盐对水泥块进去侵蚀时，将会发生显著作用，影响水泥块的抗压强度。

故为保证制成的水泥抗压强度与抗硫酸盐侵蚀性能有显著提高，且又不会掺入过多引发剂造成材料浪费，在本发明中引发剂的质量百分比为0.8％～3.2％，其中引发剂的最优质量百分比为2％，在本实验中最优引发剂情况下，水泥抗蚀系数较0号试样提高了5.1％。

实施例1

磷酸镁水泥质量百分比为89％，丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为10％，吸水树脂质量百分比为1％。

其中，丙烯酸及其衍生物的混合物中丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为90.2％，交联剂的质量百分比为8％，促进剂的质量百分比为1％，引发剂的质量百分比为0.8％。

本实施例1中丙烯酸及其衍生物单体优选丙烯酸，交联剂优选三甲基丙烯酸甲酯，促进剂优选N,N-二乙基对苯二胺，引发剂优选偶氮二异丁腈，吸水树脂优选聚丙烯酰胺。

一种磷酸镁水泥组合物制备方法，包括以下步骤：

S1.将质量百分比为90.2％的丙烯酸及其衍生物单体、8％的交联剂、1％的促进剂与0.8％的引发剂混合搅拌，制成丙烯酸及其衍生物的混合物；

S2.将质量百分比89％的磷酸镁水泥、10％的丙烯酸及其衍生物的混合物、水混合，其中水与磷酸镁水泥混合的质量比为(6～12)：100，搅拌混合；

S3.向S2的混合物中加入质量百分比为1％的吸水树脂，混合搅拌，制成磷酸镁水泥组合物。并通过将磷酸镁水泥组合物制成水泥块后测定抗压强度与抗硫酸有侵蚀性。

实施例2

磷酸镁水泥质量百分比为94％，丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为5.5％，吸水树脂质量百分比为0.5％。

其中，丙烯酸及其衍生物的混合物中丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为82.8％，交联剂的质量百分比为12％，促进剂的质量百分比为2％，引发剂的质量百分比为3.2％。

本实施例2中丙烯酸及其衍生物单体优选甲基丙烯酸甲酯，交联剂优选二烯甘醇二甲基丙烯酸酯，促进剂优选N,N-二乙基对苯二胺，引发剂优选偶氮二异丁腈，吸水树脂优选聚丙烯酰胺。

实施例2中所采用的制作方法与实施例1一致。

实施例3

磷酸镁水泥质量百分比为99％，丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为1％其中，丙烯酸及其衍生物的混合物中丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为86％，交联剂的质量百分比为10％，促进剂的质量百分比为1.5％，引发剂的质量百分比为2.5％。

本实施例3中丙烯酸及其衍生物单体优选丙烯酸乙酯，交联剂优选三甲基丙烯酸三酯，促进剂优选N,N-二乙基对苯二胺，引发剂优选偶氮二异丁腈。

实施例3中所采用的制作方法与实施例1一致。

实施例4

磷酸镁水泥质量百分比为92％，丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为7.9％，吸水树脂质量百分比为0.1％。

其中，丙烯酸及其衍生物的混合物中丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为86.5％，交联剂的质量百分比为10％，促进剂的质量百分比为1.5％，引发剂的质量百分比为2％。

本实施例4中丙烯酸及其衍生物单体优选丙烯酸腈，交联剂优选二烯甘醇二甲基丙烯酸酯，促进剂优选N,N-二乙基对苯二胺，引发剂优选偶氮二异丁腈，吸水树脂优选聚丙烯酰胺。

实施例4中所采用的制作方法与实施例1一致。

实施例5

磷酸镁水泥质量百分比为94％，丙烯酸及其衍生物的混合物质量百分比为5％，吸水树脂质量百分比为1％。

其中，丙烯酸及其衍生物的混合物中丙烯酸及其衍生物单体的质量百分比为86.5％，交联剂的质量百分比为10％，促进剂的质量百分比为1.5％，引发剂的质量百分比为2％。

本实施例5中丙烯酸及其衍生物单体优选丙烯酸胺，交联剂优选二烯甘醇二甲基丙烯酸酯，促进剂优选N,N-二乙基对苯二胺，引发剂优选偶氮二异丁腈，吸水树脂优选聚乙烯醇。

实施例5中所采用的制作方法与实施例1一致。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。