本發明涉及無機材料，具體涉及一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥。

背景技術：

1、磷酸鎂水泥(mpc)是一種化學鍵合的磷酸鹽陶瓷材料，主要由死燒氧化鎂、磷酸鹽溶液和緩凝劑組成。通過氧化鎂與磷酸鹽之間的酸堿反應，形成主要成分為鳥糞石(mgnh4po4·6h2o)的反應產物。mpc因其快速固化、早期強度高、低收縮率以及良好的粘結性能而聞名，這使得它成為受損基礎設施快速修復的理想選擇。此外，隨著研究的深入和技術的發展，mpc的應用范圍已經擴展到防火涂料、耐火澆注料及高溫窯爐等領域，這些應用領域對材料在高溫下的體積穩定性提出了嚴格的要求。

2、然而，mpc在高溫環境下的表現并不理想。具體來說，在100℃左右時，mpc會發生分解并伴隨約20％的質量損失和2％的線性收縮；而在200至800℃之間，由于晶體結構轉變，其強度和體積會進一步減小。當溫度升高至1300℃時，mpc會經歷顯著的燒結過程，導致超過10％的線性收縮和強度的急劇增加。這種熱不穩定性是限制mpc在高溫環境中應用的主要障礙。

3、為了解決mpc在高溫下的體積穩定性問題，現有技術采取了多種措施：

4、惰性填料添加：通過向mpc中加入如硅灰石或粉煤灰等惰性填料來減少粘結劑含量和水化產物，從而降低因脫水引起的收縮。這種方法雖然可以在一定程度上緩解低溫下的收縮，但在更高溫度下，mpc的燒結效應仍然會導致體積劇烈變化，改善效果有限。

5、減少緩凝劑用量：減少硼砂等緩凝劑的使用可以提高mpc的燒結溫度，進而提升其體積穩定性。但這僅提高了燒結發生的溫度點，并未解決燒結本身帶來的體積收縮問題。

6、礦物摻合料：添加50％的粉煤灰或磨粒高爐渣能夠有效降低mpc在1200℃時的熱膨脹系數至3％，這得益于mpc與鋁硅酸鹽礦物反應生成穩定的化合物如kalsi2o6和kalsio4。硫鋁酸鹽水泥的摻入也能在一定程度上提高mpc的體積穩定性，例如在1100℃時，線收縮率可以從6％降至4％。盡管如此，這些方法仍未能完全消除mpc在高溫下的收縮問題，當溫度進一步升高后，尤其是在1200℃之后，磷酸鎂水泥仍然會出現劇烈的體積變化，最終無法充分滿足實際工程應用的需求。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥，以解決現有技術磷酸鎂水泥高溫下收縮大的問題。

2、為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

3、一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥，所述磷酸鎂水泥由固體組分和水混合后制成：其中，所述固體組分包括含鎂組分、磷酸鹽、緩凝劑和礦物摻合料，且水固比為0.2～2；

4、按照質量百分比計算，含鎂組分的添加量占固體組分總質量的至少30％以上；

5、所述磷酸鹽的添加量占含鎂組分質量的25％～100％；

6、所述緩凝劑的添加量占含鎂組分質量的3％～20％；

7、所述礦物摻合料與含鎂組分的質量比為0.2～1，且所述礦物摻合料為氧化鋁、鋁礬土、高爐礦渣、粉煤灰和高嶺土中的一種或任意兩種以上的混合物。

8、優選地，所述含鎂組分為重燒氧化鎂、輕燒氧化鎂或氫氧化鎂的一種或者幾種混合物。

9、優選地，所述含鎂組分的粒徑小于80μm。

10、優選地，所述含鎂組分與磷酸鹽的質量比為2～6。

11、優選地，所述磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鋁、磷酸二氫鋅中的一種或任意兩種以上的混合物。

12、優選地，所述緩凝劑為硼砂、硼酸或三聚磷酸鈉中的一種或任意兩種以上的混合物。

13、優選地，所述緩凝劑與含鎂組分的質量比為0.06。

14、本發明還提供了一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥的應用，上述磷酸鎂水泥用于防火涂層。

15、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

16、1、本發明首次提出耐高溫低膨脹的磷酸鎂水泥，采用含鎂組分與磷酸鹽反應生成鳥糞石，使磷酸鎂水泥具有快硬早強、體積穩定性好、高溫下不潰散并能保持一定強度的優點，當本發明所述磷酸鎂水泥作為無機涂料使用時，所形成的涂層能夠與被保護的基體之間粘結更加牢固，能更好的滿足作為涂料使用的需求。

17、2、本發明通過在磷酸鎂水泥中摻入含鋁礦物摻合料，不僅減少了硬化體中膠凝材料組分，減小了水化產物分解產生的收縮；此外，高溫下磷酸鎂水泥中的氧化鎂可以與礦物摻合料反應，該反應產生膨脹抵消磷酸鎂水泥高溫下的收縮，最終使得磷酸鎂水泥在高溫下也沒有收縮，進而解決磷酸鎂水泥在1300℃的高溫下發生體積劇烈變化的問題。

18、3、本發明不僅降低了磷酸鎂水泥的成本，還顯著提高了磷酸鎂水泥在高溫下的體積穩定性；同時，本發明所述涂層應用場景較為廣泛，不僅可以用于制備防火涂層，還可以用于高溫窯爐等其他高溫條件，可根據保護基體的高溫變形需求進行針對性的配比設計。

技術特征：

1.一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥，其特征在于，所述磷酸鎂水泥由固體組分和水混合后制成：其中，所述固體組分包括含鎂組分、磷酸鹽、緩凝劑和礦物摻合料，且水固比為0.2～2；

2.根據權利要求1所述磷酸鎂水泥，其特征在于，所述含鎂組分為重燒氧化鎂、輕燒氧化鎂或氫氧化鎂的一種或者幾種混合物。

3.根據權利要求2所述磷酸鎂水泥，其特征在于，所述含鎂組分的粒徑小于80μm。

4.根據權利要求2所述磷酸鎂水泥，其特征在于，所述含鎂組分與磷酸鹽的質量比為2～6。

5.根據權利要求2所述磷酸鎂水泥，其特征在于，所述磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鋁、磷酸二氫鋅中的一種或任意兩種以上的混合物。

6.根據權利要求2所述磷酸鎂水泥，其特征在于，所述緩凝劑為硼砂、硼酸或三聚磷酸鈉中的一種或任意兩種以上的混合物。

7.根據權利要求5所述磷酸鎂水泥，其特征在于，所述緩凝劑與含鎂組分的質量比為0.06。

8.一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥的應用，其特征在于，權利要求1～7任意所述磷酸鎂水泥用于防火涂層。

技術總結
本發明公開了一種耐高溫低膨脹磷酸鎂水泥，所述磷酸鎂水泥由固體組分和水混合后制成：其中，所述固體組分包括含鎂組分、磷酸鹽、緩凝劑和礦物摻合料，且水固比為0.2～2；按照質量百分比計算，含鎂組分的添加量占固體組分總質量的至少30％以上；所述磷酸鹽的添加量占含鎂組分質量的25％～100％；所述緩凝劑的添加量占含鎂組分質量的3％～20％；所述礦物摻合料與含鎂組分的質量比為0.2～1，且所述礦物摻合料為氧化鋁、鋁礬土、高爐礦渣、粉煤灰和高嶺土中的一種或任意兩種以上的混合物。

技術研發人員：代小兵,張鵬,王飛,高真,陳燦燦,閆睿,高繼祥
受保護的技術使用者：鄭州大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28