[科普中国]-化学胶结耐火材料

土木工程材料中，凡是经过一系列物理、化学变化能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶结材料。胶凝材料是指通过自身的物理化学作用，由可塑性浆体变为坚硬石状体的过程中，能将散粒或块状材料粘结成为整体的材料，亦称为胶结材料。

发展史胶凝材料的发展，有着极为悠久的历史。新石器时代，由于石器工具的进步，掘穴建室的建筑活动已经兴起。人类最早使用的胶凝材料——粘土来抹砌简易的建筑物。在粘土中拌以植物纤维（稻草、壳皮）可以起到加筋增强作用。但是粘土的强度很低，遇水自行散解，不能抵抗雨水的侵蚀。随着火的发现，煅烧所得石膏和石灰被用来调制建筑砂浆。公元初，古希腊人和罗马人发现在石灰中掺入某些火山灰沉积物，不仅能提高强度，而且能御水的侵蚀。到10世纪后半期，先后出现了用粘土质石灰石经煅烧后制成的水硬性石灰和罗马水泥。并在此基础上，发展到用天然泥灰岩（粘土含量在20%-25%左右的石灰石）煅烧，磨细制的天然水泥。 19世纪初，用人工配料，再经煅烧、磨细以制造水硬性凝胶材料的方法，已经开始组织生产。英国阿斯普丁于1824年首先取得了该项产品的专利权。他将石灰石粉碎后煅烧，将所得石灰与粘土混合在类似烧石灰的窑中煅烧。将煅烧所得混合物磨成细粉，再用来制造水泥和人工石。因为这种胶凝材料结硬后的外观颜色和抗水性与当时建筑上常用的英国波特兰地区生产的石灰石相似，故称之为波特兰水泥。由于波特兰水泥含有较多的具有水化活性的碳酸钙。后来，不但能在水中硬化，而且能够长期抗水，强度甚高。其首批大规模使用的实例是1825-1843年修建的泰晤士河道工程。

大多数的早期水泥厂都设在英国的泰晤士河和半得威河附近。后来水泥生产遍及全世界，应用日益普遍。随着现代工业的发展，到20世纪初，就逐渐出现各种不同用途的硅酸盐水泥，如快硬水泥、抗硫酸盐水泥、大坝水泥以及油井水泥等。同期发明了高铝水泥。近30年来，又陆续出现硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等品种，从而使水硬性胶凝材料又进一步发展成为更多类别。1

化学结合磷酸镁胶结材料化学结合磷酸镁胶结材料（MPC）是由氧化镁与可溶性磷酸盐、外加剂以及矿物掺合料按照一定比例，在酸性条件下通过酸碱化学反应及物理作用生成的以磷酸盐为粘结相的新型无机胶凝材料，这种新型无机胶凝材料从原材料、水化机理及水化产物都有别于普通硅酸盐水泥和其它无机胶凝材料。它在室温下发生化学反应，随后凝结硬化，形成过程类似普通硅酸盐水泥，操作简单方便，而最终的水化产物又具有陶瓷制品的特性，具有较高的力学性能、良好的致密度和耐酸碱腐蚀性能，它聚集了水泥、陶瓷和耐火材料的主要优点，属于化学键结合的材料。

因此，MPC 胶结材料是一种非常有研究价值、节能环保的新型绿色材料。

美国等西方发达国家在20世纪80年代已将MPC大量用于混凝土路面及工业厂房的快速修复中，但因相关技术已申请了专利，关于MPC胶结材料应用技术方面的成果没有公开报道。目前MPC大多应用于修补材料，而其它方面的应用相对较少。1

MPC胶结材料的性能特点和适用领域1、MPC 胶结材料的性能特点

与其它无机胶凝材料相比，该材料具有独特的性能。

（1）凝结时间短，凝结时间适度可控。在20℃以上温度时，MPC胶结材料几分钟内就迅速凝结硬化。其凝结时间可通过加入缓凝剂、调整胶结材料细度等措施控制。

（2）早期强度高。MPC 胶结材料1h抗压强度可达20MPa以上，3h可达到35MPa以上。这是普通硅酸盐水泥甚至是快硬硫铝酸盐水泥等都不能相比的。

（3）环境温度适应性强。MPC胶结材料既能在常温下保持快硬高强的特性，又能在低温（-20～5 ℃）环境下迅速凝结硬化，并保证一定的早期强度。同时该胶结材料还具有耐高温和耐急冷急热的性能。

（4）与旧混凝土的粘接强度高。MPC 胶结材料净浆和砂浆的1d粘结强度可分别达到6.0MPa和4.0MPa 以上，具有良好粘结性的原因是 MPC 胶结材料中的磷酸盐能与混凝土中的水化产物或未水化的熟料颗粒反应，生产同样具有胶凝性的磷酸钙类产物，因此在粘结界面附近除了物理粘结以外，还有很强的化学粘结。

（5）体积变形小，与旧混凝土性能匹配。由MPC胶结材料制成的砂浆和混凝土的收缩率分别为0.34×10-4和0.25×10-4，远比其它材料低，且 MPC 胶结材料的热膨胀系数与普通混凝土很相近，因此与普通混凝土之间的热性能匹配很好。

（6）耐磨、抗冻性、抗盐冻剥蚀性能和防钢筋锈蚀等耐久性能较好。

MPC胶结材料中大量未水化的 MgO颗粒可起到磨细骨料的作用，使 MPC 基材料具有高的耐磨性。MPC 胶结材料的结构较致密，同时因为磷酸盐与 MgO和掺杂的铁粉反应时将产生 H2和 NH3，能获得很高的含气量和良好的气泡结构参数，能起到与物理引气一样的抗冻和抗盐冻效果。当MPC胶结材料包裹在钢筋表面时，在钢筋表面形成一层致密的磷酸铁类化合物保护层，使钢筋的防锈能力提高。1

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学