土木工程材料中，凡是經過一系列物理、化學變化能將散粒狀或塊狀材料粘結成整體的材料，統稱為膠結材料。膠凝材料是指通過自身的物理化學作用，由可塑性漿體變為堅硬石狀體的過程中，能將散粒或塊狀材料粘結成為整體的材料，亦稱為膠結材料。
基本介紹
- 中文名：化學膠結耐火材料
- 過程：可塑性漿體變為堅硬石狀體
- 舉例：化學結合磷酸鎂膠結材料
- 特點：耐高溫、耐高壓、節能環保
- 領域：土木工程材料
發展史,化學結合磷酸鎂膠結材料,MPC膠結材料的性能特點和適用領域,
發展史
膠凝材料的發展，有著極為悠久的歷史。新石器時代，由於石器工具的進步，掘穴建室的建築活動已經興起。人類最早使用的膠凝材料——粘土來抹砌簡易的建築物。在粘土中拌以植物纖維（稻草、殼皮）可以起到加筋增強作用。但是粘土的強度很低，遇水自行散解，不能抵抗雨水的侵蝕。隨著火的發現，煅燒所得石膏和石灰被用來調製建築砂漿。公元初，古希臘人和羅馬人發現在石灰中摻入某些火山灰沉積物，不僅能提高強度，而且能御水的侵蝕。到10世紀後半期，先後出現了用粘土質石灰石經煅燒後製成的水硬性石灰和羅馬水泥。並在此基礎上，發展到用天然泥灰岩（粘土含量在20%-25%左右的石灰石）煅燒，磨細制的天然水泥。 19世紀初，用人工配料，再經煅燒、磨細以製造水硬性凝膠材料的方法，已經開始組織生產。英國阿斯普丁於1824年首先取得了該項產品的專利權。他將石灰石粉碎後煅燒，將所得石灰與粘土混合在類似燒石灰的窯中煅燒。將煅燒所得混合物磨成細粉，再用來製造水泥和人工石。因為這種膠凝材料結硬後的外觀顏色和抗水性與當時建築上常用的英國波特蘭地區生產的石灰石相似，故稱之為波特蘭水泥。由於波特蘭水泥含有較多的具有水化活性的碳酸鈣。後來，不但能在水中硬化，而且能夠長期抗水，強度甚高。其首批大規模使用的實例是1825-1843年修建的泰晤士河道工程。
大多數的早期水泥廠都設在英國的泰晤士河和半得威河附近。後來水泥生產遍及全世界，套用日益普遍。隨著現代工業的發展，到20世紀初，就逐漸出現各種不同用途的矽酸鹽水泥，如快硬水泥、抗硫酸鹽水泥、大壩水泥以及油井水泥等。同期發明了高鋁水泥。近30年來，又陸續出現硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等品種，從而使水硬性膠凝材料又進一步發展成為更多類別。
化學結合磷酸鎂膠結材料
化學結合磷酸鎂膠結材料（MPC）是由氧化鎂與可溶性磷酸鹽、外加劑以及礦物摻合料按照一定比例，在酸性條件下通過酸鹼化學反應及物理作用生成的以磷酸鹽為粘結相的新型無機膠凝材料，這種新型無機膠凝材料從原材料、水化機理及水化產物都有別於普通矽酸鹽水泥和其它無機膠凝材料。它在室溫下發生化學反應，隨後凝結硬化，形成過程類似普通矽酸鹽水泥，操作簡單方便，而最終的水化產物又具有陶瓷製品的特性，具有較高的力學性能、良好的緻密度和耐酸鹼腐蝕性能，它聚集了水泥、陶瓷和耐火材料的主要優點，屬於化學鍵結合的材料。
因此，MPC 膠結材料是一種非常有研究價值、節能環保的新型綠色材料。
美國等西方已開發國家在20世紀80年代已將MPC大量用於混凝土路面及工業廠房的快速修復中，但因相關技術已申請了專利，關於MPC膠結材料套用技術方面的成果沒有公開報導。目前MPC大多套用於修補材料，而其它方面的套用相對較少。
MPC膠結材料的性能特點和適用領域
1、MPC 膠結材料的性能特點
與其它無機膠凝材料相比，該材料具有獨特的性能。
（1）凝結時間短，凝結時間適度可控。在20℃以上溫度時，MPC膠結材料幾分鐘內就迅速凝結硬化。其凝結時間可通過加入緩凝劑、調整膠結材料細度等措施控制。
（2）早期強度高。MPC 膠結材料1h抗壓強度可達20MPa以上，3h可達到35MPa以上。這是普通矽酸鹽水泥甚至是快硬硫鋁酸鹽水泥等都不能相比的。
（3）環境溫度適應性強。MPC膠結材料既能在常溫下保持快硬高強的特性，又能在低溫（-20～5 ℃）環境下迅速凝結硬化，並保證一定的早期強度。同時該膠結材料還具有耐高溫和耐急冷急熱的性能。
（4）與舊混凝土的粘接強度高。MPC 膠結材料淨漿和砂漿的1d粘結強度可分別達到6.0MPa和4.0MPa 以上，具有良好粘結性的原因是 MPC 膠結材料中的磷酸鹽能與混凝土中的水化產物或未水化的熟料顆粒反應，生產同樣具有膠凝性的磷酸鈣類產物，因此在粘結界面附近除了物理粘結以外，還有很強的化學粘結。
（5）體積變形小，與舊混凝土性能匹配。由MPC膠結材料製成的砂漿和混凝土的收縮率分別為0.34×10和0.25×10，遠比其它材料低，且 MPC 膠結材料的熱膨脹係數與普通混凝土很相近，因此與普通混凝土之間的熱性能匹配很好。
（6）耐磨、抗凍性、抗鹽凍剝蝕性能和防鋼筋鏽蝕等耐久性能較好。
MPC膠結材料中大量未水化的 MgO顆粒可起到磨細骨料的作用，使 MPC 基材料具有高的耐磨性。MPC 膠結材料的結構較緻密，同時因為磷酸鹽與 MgO和摻雜的鐵粉反應時將產生 H2和 NH3，能獲得很高的含氣量和良好的氣泡結構參數，能起到與物理引氣一樣的抗凍和抗鹽凍效果。當MPC膠結材料包裹在鋼筋表面時，在鋼筋表面形成一層緻密的磷酸鐵類化合物保護層，使鋼筋的防鏽能力提高。
