氯氧鎂水泥配合比的試驗研究

肖 斌，邱戰(zhàn)洪，陳明輝，毛天立，屠國偉，趙先鋒，李曉龍，劉雨柔，黃丹娜

（臺州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺州 318000）

氯氧鎂水泥配合比的試驗研究

肖 斌，邱戰(zhàn)洪＊，陳明輝，毛天立，屠國偉，趙先鋒，李曉龍，劉雨柔，黃丹娜

（臺州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺州 318000）

通過58個氯氧鎂水泥試塊的抗壓和抗折試驗，研究了MgO/MgCl2摩爾比和氯化鎂溶液波美度兩種因素對氯氧鎂水泥抗壓和抗折強度的影響。通過24個試塊的泡水試驗分析了氯氧鎂水泥的軟化系數(shù)及其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)當氧化鎂/氯化鎂摩爾比為7.0時，氯氧鎂水泥的力學(xué)性能和耐水性能最為優(yōu)越。這項工作對氯氧鎂水泥在我國南方多雨地區(qū)作為受力構(gòu)件的推廣具有重要意義。

氯氧鎂水泥，摩爾比，波美度，軟化系數(shù)

1 引言

近年來，氯氧鎂水泥被廣泛應(yīng)用于涉農(nóng)項目生產(chǎn)當中，例如保溫雞舍板、大棚骨架等等，推廣迅速擴展。我國菱鎂水泥的原料豐富、價格低廉。近十年，隨著技術(shù)工藝對氯氧鎂水泥的研發(fā)更進一步［1-4］，生產(chǎn)技術(shù)也逐步成熟，在山東、遼寧等幾個省份有了較為成功的應(yīng)用，尤其是大棚骨架方面尤為突出。但仍然有不少生產(chǎn)者在生產(chǎn)過程中忽視科學(xué)配比、改性工藝以及原料控制，成品也就或多或少存在有返鹵泛霜、強度差異大、吸潮性強等等問題。并且北方的氯氧鎂水泥大棚主要為冬暖型大棚，雖然現(xiàn)有規(guī)范［5］對大棚骨架的原材料、菱鎂膠結(jié)料強度及骨架豎向承載力有明確的要求，但大棚骨架沒有經(jīng)過荷載計算、內(nèi)力計算和截面承載力設(shè)計等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程。

氯化鎂水泥作為一種輕質(zhì)高強、優(yōu)點突出的無機材料，要在更多領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，特別是用作受力結(jié)構(gòu)中，還學(xué)研究人員加大對其原材料質(zhì)量控制、科學(xué)配比、力學(xué)性能、成型工藝和后期養(yǎng)護等問題反復(fù)研究試驗。本文針對這一現(xiàn)狀，主要從原料配比方面研究了其對氯氧鎂水泥強度和軟化系數(shù)的影響，這項研究工作對氯氧鎂水泥在我國南方多雨地區(qū)作為受力構(gòu)件的推廣具有重要意義。

2 試驗

2.1 原材料

本試驗采用的氧化鎂和氯化鎂均符合國家或行業(yè)相關(guān)要求［6，7］。具體如下：

氧化鎂：由上海凡歌化工有限公司生產(chǎn)，MgO的百分含量≥85%，活性63-65之間180目過篩95%，外觀為白色或淡黃色粉末。

氯化鎂：由上海凡歌化工有限公司生產(chǎn)，六水氯化鎂百分含量≥98%，硫酸根離子含量≤0.15%，氯化鎂含量≥45.6%，水不溶物≤0.23%，外觀為白色粒狀結(jié)晶體。

改性劑：由濟南杰美菱鎂科技發(fā)展公司生產(chǎn)的B1和C3兩種綜合改性劑。

2.2 原材料控制

1）氧化鎂活性含量

采用水合法檢測氧化鎂的活性含量。水合法測試的理論依據(jù)是在鎂粉中只有活性氧化鎂才與沸水反應(yīng)。

步驟：準確稱取100g的氧化鎂置于恒重干燥的燒杯中，加入水400g，使其完全濕潤，然后在電爐上加熱煮沸2h以上（試驗證明，在100℃時，2h水化反應(yīng)就趨于完全），取出與150℃烘干至恒重。

計算方法：按以下公式計算氧化鎂的含量。氧化鎂的活性含量=（A—100）/45X100%式中100為水化前樣品質(zhì)量；A為水化后樣品質(zhì)量：45為換算系數(shù)。2）氯化鎂的儲存和使用

使用過程由于氯化鎂易潮解，氯化鎂稱量時要避免與鐵制品等易腐蝕的接觸，配置氯化鎂溶液要迅速切不要讓氯化鎂在空氣中放置太久，以免影響試驗結(jié)果。筆者也查閱了有關(guān)資料，認為選擇氯化鎂原料也可以選鹵片，儲存和使用方便不易潮解，尤其針對大規(guī)模生產(chǎn)，因為規(guī)模生產(chǎn)很難達到試驗室的控制標準。

2.3 實驗結(jié)果

現(xiàn)有研究表明，影響氯氧鎂水泥力學(xué)性能的主要因素有原材料（氧化鎂的活性含量）、氧化鎂和氯化鎂的摩爾比、氯化鎂和水的摩爾比、養(yǎng)護時間及養(yǎng)護條件等。本文對氧化鎂/氯化鎂摩爾比和氯化鎂溶液波美度兩個因素對氯氧鎂水泥強度的影響進行了實驗研究。

2.3.1 氧化鎂/氯化鎂摩爾比

關(guān)于氧化鎂和氯化鎂的摩爾比對氯氧鎂水泥力學(xué)性能的影響，本項目做了2組試驗：

A 組：氯化鎂溶液波美度為 25.0，摩爾比分別為 5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0，做 6 個批次，每個批次 4 個試塊。

B組：氯化鎂溶液波美度為27.0，摩爾比分別為6.5、7.0、7.5、8.0，做4個批次，每個批次4個試塊。24h拆模，然后繼續(xù)保水養(yǎng)護2d。試塊養(yǎng)護條件為：溫度：21.0℃；濕度：64%。試驗結(jié)果見表1和表2。

表1 氧化鎂/氯化鎂摩爾比對氯氧鎂水泥力學(xué)性能試驗結(jié)果（波美度為25.0）Table 1 The influence of the mole ratio of magnesium chloride and Magnesium oxide（the Baum degree of magnesium chloride solution is 25.0）

（續(xù)）表1 氧化鎂/氯化鎂摩爾比對氯氧鎂水泥力學(xué)性能試驗結(jié)果（波美度為25.0）（Continue）Table 1 The influence of the mole ratio of magnesium chloride and Magnesium oxide（the Baum degree of magnesium chloride solution is 25.0）

表2 氧化鎂/氯化鎂摩爾比對氯氧鎂水泥力學(xué)性能試驗結(jié)果（波美度為27.0）Table 2 The influence of the mole ratio of magnesium chloride and Magnesium oxide（the Baum degree of magnesium chloride solution is 27.0）

2.3.2 氯化鎂溶液波美度

在氯氧鎂水泥的生產(chǎn)實踐中，常采用氯化鎂溶液的波美度來控制氯化鎂和水的摩爾比，本試驗也采用波美度這個指標來研究其對氯氧鎂水泥力學(xué)性能的影響。本項目做了2組試驗：

C組：氧化鎂和氯化鎂的摩爾比為6.0，氯化鎂溶液波美度分別為24.0、25.0、26.0，做3個批次，每個批次4個試塊。

D組：氧化鎂和氯化鎂的摩爾比為7.5，氯化鎂溶液波美度分別為25.0、26.0、27.0，做3個批次，每個批次2個試塊。

24h拆模，然后繼續(xù)保水養(yǎng)護2d。試塊養(yǎng)護條件為：溫度：24.0℃；濕度：64%。試驗結(jié)果見表3和表4。

表3 氯化鎂波溶液波美度對氯氧鎂水泥力學(xué)性能試驗結(jié)果（氧化鎂/氯化鎂摩爾比為6.0）Table 3 The influence of Baum degree of magnesium chloride solution（the mole ratio of magnesium chloride and Magnesium oxide is 6.0）

表4 氯化鎂波溶液波美度對氯氧鎂水泥力學(xué)性能試驗結(jié)果（氧化鎂/氯化鎂摩爾比為7.5）Table 4 The influence of Baum degree of magnesium chloride solution（the mole ratio of magnesium chloride and Magnesium oxide is 7.5）

2.4 軟化試驗

軟化系數(shù)是反映氯氧鎂水泥耐水性能的重要指標，這個參數(shù)的研究對氯氧鎂水泥在我國南方多雨地區(qū)的推廣使用具有重要意義。

泡水試驗試塊的氯化鎂溶液波美度全部為27.0，氧化鎂和氯化鎂的摩爾比分別為6.5、7.0、7.5、8.0，做4個批次，每個批次6個試塊（3個泡水3個未泡水）。

24h拆模，未泡水試塊繼續(xù)保水養(yǎng)護2d，泡水試塊放入水中養(yǎng)護2d。養(yǎng)護條件為：溫度：23.0℃；濕度：64%，試驗結(jié)果見表5。

表5 試塊3d強度的軟化試驗結(jié)果Table 5 Results of the immersion tests

3 試驗結(jié)果分析

3.1 MgO/MgCl2摩爾比的影響

根據(jù)表1和表2中的試驗結(jié)果，可以得到氯氧鎂水泥的抗壓和抗折強度隨氧化鎂/氯化鎂摩爾比的變化關(guān)系曲線，見圖1和圖2。

由圖1和圖2可知：在室溫20℃左右時，改變摩爾比對試塊的強度值影響較為明顯。氧化鎂/氯化鎂摩爾比在7.0左右時，氯氧鎂水泥的抗壓和抗折強度值都達到最大。這也和筆者調(diào)研過的山東濟南、泰安等地的菱鎂大棚骨架生產(chǎn)實踐中的配比較為一致。

圖1 抗壓強度隨氧化鎂/氯化鎂摩爾比的變化Fig.1 The curves of compression strength and mole ratio

圖2 抗折強度隨氧化鎂/氯化鎂摩爾比的變化Fig.2 The curves of bending strength and mole ratio

3.2 波美度的影響

根據(jù)表3和表4中的試驗結(jié)果，可以得到氯氧鎂水泥的抗壓和抗折強度隨氯化鎂溶液波美度的變化關(guān)系曲線，見圖3和圖4。

由圖3和圖4可見：氯化鎂溶液波美度對氯氧鎂水泥強度的影響較小，提高氯化鎂溶液的波美度可適當提高氯氧鎂水泥的力學(xué)強度。但需指出，通過筆者的實踐操作，發(fā)現(xiàn)當氧化鎂/氯化鎂摩爾比為7.0或更大時，氯化鎂溶液的波美度不宜過高，否則將增加制品的成型難度，并且將影響氯氧鎂水泥的水化反應(yīng)。

圖3 抗壓強度隨氯化鎂溶液波美度的變化 Fig.3 The curves of compression strength and Baum degree

圖4 抗折強度隨氯化鎂溶液波美度的變化Fig.4 The curves of bending strength and Baum degree

3.3 軟化系數(shù)

根據(jù)表5中的泡水試驗結(jié)果，可以得到氯氧鎂水泥軟化系數(shù)隨氧化鎂/氯化鎂摩爾比的變化關(guān)系曲線，見圖5。

由圖5可知：在室溫20℃左右時，當氧化鎂/氯化鎂摩爾比在7.0左右時，氯氧鎂水泥軟化系數(shù)也最大，說明這是氯氧鎂水泥的抗水性能最為優(yōu)越。

圖5 軟化系數(shù)隨氧化鎂/氯化鎂摩爾比的變化Fig.5 the curves of softening coefficient and mole ratio

4 結(jié)論

本文主要從原料配比方面研究了其對氯氧鎂水泥強度和軟化系數(shù)的影響，得到如下主要結(jié)論：

（1）在室溫20℃左右時，改變摩爾比對試塊的強度值影響較為明顯。氧化鎂/氯化鎂摩爾比在7.0左右時，氯氧鎂水泥的抗壓和抗折強度值都達到最大。

（2）氯化鎂溶液波美度對氯氧鎂水泥強度的影響較小，提高氯化鎂溶液的波美度可適當提高氯氧鎂水泥的力學(xué)強度。

（3）在室溫20℃左右時，當氧化鎂/氯化鎂摩爾比在7.0左右時，氯氧鎂水泥軟化系數(shù)也最大，說明這是氯氧鎂水泥的耐水性能最為優(yōu)越。

綜合上述結(jié)論可得：當氧化鎂/氯化鎂摩爾比為7.0時，氯氧鎂水泥的力學(xué)性能和抗水性能最為優(yōu)越。

［1］張興福.幾種因素對菱鎂水泥性能的影響［J］.山東建材，1997，（1）：1-5

［2］李愛蓮，栗正新. 摩爾比與添加劑對菱苦土制品強度的影響［J］.河南科技，2007，（6）：1044-1046.

［3］涂平濤.菱鎂材料及制品標準的有關(guān)問題分析及商榷［J］.磚瓦，2005，（5）：97-99.

［4］張興福.改性菱鎂水泥制品的性能及其改善措施［J］.山東建材，2000，（1）：9-10.

［5］WB/T1012-2000， 菱鎂復(fù)合材料農(nóng)用大棚架［S］．北京：國家國內(nèi)貿(mào)易局，2000．

［6］WB/T1019-2002，菱鎂制品用輕燒氧化鎂［S］．北京：中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會，2002．

［7］JC/T449-2008，鎂質(zhì)膠凝材料用原料［S］．重慶：重慶大學(xué)出版社，2008．

Experimental Study of Proportion of Magnesium Oxychloride Cement

XIAO Bin，QIU Zhan-hong，CHEN Ming-hui，MAO Tian-li，TU Guo-wei，ZHAO Xian-feng，LI Xiao-long，LIU Yu-rou，HUANG Dan-na
（School of Civil Engineering and Architecture,Taizhou University,Taizhou 318000,China）

Based on the results of compression and bending tests of fifty eight magnesium oxychloride cement test cubes, the influences of two factors on compression and bending strength have been analyzed which includes the mole ratio of magnesium oxide and magnesium chloride and baume degree of magnesium chloride solution. Coefficient of softing of magnesium oxychloride cement and its influence factor have been studied by water test of twenty four test cubes.The results show the strength and waterproof performance of magnesium oxychloride cement are best when the mole ratio of magnesium oxide and magnesium chloride is 7.0.This work is very significant to the application and dissemination of magnesium oxychloride cement bearing structural member in southern wetter areas in our country.

magnesium oxychloride cement;mole ratio;baume degree;coefficient of softing

周小莉）

U45

A

1672-3708（2012）03-0045-06

2011-10-11；

2012-02-23

臺州市科技計劃項目（100ky62）。

邱戰(zhàn)洪（1977- ）男，河南駐馬店人，博士，副教授，主要從事土木工程專業(yè)教學(xué)與研究工作。