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磷酸镁水泥(Magnesium potassium phosphate cement,MPC)作为一种新型水泥,常常被用于建筑、道路的快速修补、人造骨骼制备以及核废弃物固化中。磷酸镁水泥有多个品种,其中磷酸氨镁水泥(Magnesium ammonium phosphate cement,MAPC)和磷酸钾镁水泥(Magnesium potassium phosphate cement,MKPC)是两种常见的磷酸镁水泥,在工业中有着广泛的应用。目前对于磷酸镁水泥的力学性能、产物组成以及稳定条件的研究主要还维持在试验研究阶段,机理部分还有待深入的研究。由于磷酸镁水泥的性能主要由其水化产物的组成决定,而水化产物的组成又受到原材料摩尔比、外加剂以及反应温度的影响。因此研究水化产物的组成是理解和改善磷酸镁水泥性能的基础。目前国内外对磷酸镁水泥的基础研究和内在水化机理还有待完善,因此本文利用热力学计算的方法研究磷酸镁水泥体系的水化机理、水化产物组成及水化产物的稳定性。首先收集关于MKPC和MKPC的标准热力学数据,如吉布斯自由能、摩尔标准生成焓、热容等,结合PITZER模型,初步建立适用于MKPC和MKPC的热力学数据库,并利用热力学模拟软件PHREEQC,对数据库的可靠性进行验证。接下来借助已建立的磷酸镁热力学数据库,利用模拟软件计算了 25 ℃,0.1MPa条件下,MAPC和MKPC反应过程中溶液pH值的变化情况,同时研究了原材料摩尔比与水化产物组成的关系,给出了反应平衡状态下水化产物的形成和消失的条件。研究发现,在MAPC中,水化产物的组成受到M/P值的影响:(1)当M/P<0.49时,水化产物为(NH4)2Mg(HPO4)2·4H20;(2)当0.49<M/P<1.00时,水化产物为(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O、MgHP04·3H20 和 MgNH4PO4·6H20;(3)当 M/P>1.00 时,水化产物为MgNH4PO4·6H20和过量的MgO。在MKPC中,水化产物的组成受到M/P值的影响:(1)当M/P<0.475 时,水化产物为 MgHPO4·3H20;(2)当 0.475<M/P<0.64 时,水化产物为 MgHP04·3H20、Mg2KH(P04)2.15H2O;(3)当 0.64<M/P<0.655 时,水化产物为 Mg2KH(PO4)2·15H20;(4)当0.655<M/P<1.00 时,水化产物为 Mg2KH(PO4)2·15H20 和 KMgPO4·6H20;(5)当 M/P>1.00 时,水化产物为KMgPO4·6H2O和过量的MgO。本文还通过热力学模拟研究了外加剂的掺量对溶液pH值的影响。结果表明,H3P04和硼酸的掺入会降低溶液的pH值,而(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4、K2HPO4、K3PO4的掺入会提高溶液的pH值。进一步比较(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4、K2HPO4、K3PO4、H3PO4的掺入量对MPC水化产物的影响,发现在MAPC体系中,随着(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4掺量的增加,中间相(N)2Mg(HPO4)2·4H2O、MgHPO4·3H2O更容易从溶液中析出,但和未掺外加剂相比,物质的量减少。(NH4)2HP04、(NH4)3PO4掺量的增加对最终的水化产物的组成和物质的量影响较小。在MKPC体系中,随着K2HPO4、K3PO4掺量的增加,中间相MgHPO4·3H2O、Mg2KH(PO4)2·15H2O更容易从溶液中析出,但和未掺外加剂相比,物质的量减少。K2HPO4、K3PO4的掺入对最终的水化产物的组成和物质的量影响较小。H3PO4的加入使MPC体系的水化产物的物质的量减少。为了考察温度对MPC的水化产物组成的影响,控制反应温度温度在5-50℃范围内进行研究,结果显示在5-50℃范围内温度对水化产物的类型并没有影响。从总体上看,随着温度的升高,水化产物析出的浓度范围变宽,然而最终的水化产物的物质的量基本上保持不变。