配比及添加劑對(duì)氯氧鎂水泥耐水性研究

徐會(huì)君， 王　前， 李　森， 杜慶洋

(1.山東理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 淄博 255049;2.山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 淄博 255049)

配比及添加劑對(duì)氯氧鎂水泥耐水性研究

徐會(huì)君1， 王前2， 李森2， 杜慶洋2

(1.山東理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 淄博 255049;2.山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 淄博 255049)

摘要：以氧化鎂、氯化鎂為原料，加入添加劑磷酸和FeSO4制備氯氧鎂水泥.研究了原料配比、磷酸和FeSO4對(duì)氯氧鎂水泥耐水性的影響；利用電腦恒應(yīng)力壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了不同齡期的抗壓強(qiáng)度來表征其耐水性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所用氧化鎂原料的活性為63.24%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，原料MgO∶MgCl2(摩爾比)為6∶1時(shí)效果最好;添加劑磷酸和FeSO4均能大幅度提高氯氧鎂水泥的耐水性，浸水56d時(shí)的抗壓強(qiáng)度表明磷酸的效果優(yōu)于FeSO4.

關(guān)鍵詞：氯氧鎂水泥； 耐水性； 抗壓強(qiáng)度

氯氧鎂水泥俗稱無機(jī)玻璃鋼，是由Sorel[1]先生于1867年發(fā)明的，因而又稱之為Sorel水泥.氯氧鎂水泥具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、快凝、耐磨、耐腐蝕、防火、粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 其制品的應(yīng)用也越來越廣泛, 包括防火板、通風(fēng)管道、地板磚、輕型屋面板、波形瓦、門芯板、活動(dòng)房屋等室內(nèi)室外建筑材料制品[2].近年來，氯氧鎂水泥廣泛應(yīng)用于大棚骨架，可以使大棚覆蓋面積大，熱效應(yīng)好，搭建方便，且造價(jià)低.在同等承載力下，該骨架是鋼架造價(jià)的1/8，水泥造價(jià)的1/3，成本低于竹木，質(zhì)量?jī)?yōu)于鋼架，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單.但是氯氧鎂水泥耐水性不佳，進(jìn)而強(qiáng)度下降，影響其使用壽命年限.改善氯氧鎂水泥的耐水性具有很多措施和方法[3]，例如，選擇合理的配比和工藝措施、適宜的養(yǎng)護(hù)條件[4]、添加水泥改性劑和礦物外加劑[5-6]等.但目前最有效的方法是摻加外加劑，不同的外加劑在氯氧鎂水泥中的改性機(jī)理不同[7]，其作用效果也有所不同.為了增加大棚支架中氯氧鎂水泥的使用壽命,本實(shí)驗(yàn)通過選擇合適的配比，以及摻加磷酸和硫酸亞鐵外加劑改善氯氧鎂水泥的耐水性.

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

氧化鎂(細(xì)度為過200目篩，小于74μm)，氯化鎂(六水氯化鎂)，磷酸(分析純)，硫酸亞鐵(工業(yè)級(jí)).FA2204B型電子分析天平，電動(dòng)攪拌器，HZJ多功能數(shù)控磁力振動(dòng)臺(tái)，BC-300D電腦恒應(yīng)力壓力試驗(yàn)機(jī)，索尼(SONY)DSC-RX100黑卡數(shù)碼相機(jī).

1.2試驗(yàn)方法

將MgCl2·6H2O溶于水中形成濃度為26°Be＇(MgCl2與H2O摩爾比約為1∶14)的MgCl2水溶液，按照一定配比加入氧化鎂，再加入添加劑，攪拌均勻，形成水泥漿體.將漿體澆入鋼模(40×40×160mm3)中.在自然條件下養(yǎng)護(hù)24h后脫模，繼續(xù)自然養(yǎng)護(hù)至齡期后，一部分樣品進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，另一部分樣品放入水中，養(yǎng)護(hù)至齡期后，再進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試.

1.3分析與測(cè)試

利用X射線衍射儀(XRD)(D8ADVANCE，德國(guó)BruckerAXS公司)進(jìn)行樣品物相分析；利用BC-300D電腦恒應(yīng)力壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣品抗壓強(qiáng)度.活性MgO含量測(cè)試方法：準(zhǔn)確稱取5.0g試樣于100mL的燒杯中，記此時(shí)燒杯和試樣的質(zhì)量為M1，并置于120℃的烘箱中烘至恒重，記為M2；取出燒杯，在燒杯中加入50mL水，在室溫下靜置24h；將試樣置于120℃的烘箱中烘至恒重，記為M3.活性MgO含量W的計(jì)算公式：

W=(M3-M2)/{0.45×(5.0000-M1+M2)}

2結(jié)果與討論

2.1活性MgO含量的測(cè)定

通過5組試驗(yàn)測(cè)定活性MgO的含量，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.一般來說[8]，活性MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55%～65%比較合適，如果活性較高，鎂水泥制品內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶應(yīng)力，進(jìn)而在制品表面會(huì)出現(xiàn)微裂紋，如果活性較低，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速度較慢，最終影響水泥制品的強(qiáng)度.由表1可知，活性MgO含量為63.24%，說明本實(shí)驗(yàn)所用MgO質(zhì)量較好.

表1活性MgO的含量

序號(hào)試樣質(zhì)量/gM1/gM2/gM3/gW/%ω-(平均值)/%15.000015.374615.278416.673563.2225.000015.397815.288516.702364.2435.000015.287615.189716.563462.2763.24

2.2原料配比對(duì)氯氧鎂水泥耐水性的影響

表2是MgO∶MgCl2(摩爾比)分別為3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1時(shí)，各個(gè)齡期抗壓強(qiáng)度的情況.由表2可以看出，隨著摩爾比增加，14d水泥試塊的抗壓強(qiáng)度也逐漸增加，當(dāng)達(dá)到摩爾比為9∶1時(shí)，抗壓強(qiáng)度為72.47MPa.浸水7d水泥試塊的抗壓強(qiáng)度在不同摩爾比下，均有小幅度的減小.浸水28d水泥試塊的抗壓強(qiáng)度與14d水泥試塊的抗壓強(qiáng)度相比，降低幅度最大的是摩爾比為3∶1時(shí)的試樣，其抗壓強(qiáng)度降低了77%.降低幅度最小的是摩爾比為6∶1時(shí)的試樣，其抗壓強(qiáng)度降低了52%，本實(shí)驗(yàn)對(duì)比以上數(shù)據(jù)表明MgO∶MgCl2(摩爾比)為6∶1較好，為此在以下研究添加劑對(duì)氯氧鎂水泥耐水性影響時(shí)采用此配比.

圖1是摩爾比為6∶1時(shí)樣品的XRD圖.與標(biāo)準(zhǔn)卡片相對(duì)比，樣品的主要衍射峰為為5相(Mg3Cl(OH)5·4H2O)和少量的3相(Mg2Cl(OH)·4H2O)的衍射峰.

表2原料配比與試樣抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

摩爾比3∶14∶15∶16∶17∶18∶19∶114d抗壓強(qiáng)度/MPa44.7653.3259.6464.3468.4670.3872.47浸水7d抗壓強(qiáng)度/MPa35.2846.8850.4658.3460.4964.5767.38浸水28d抗壓強(qiáng)度/MPa10.2814.6719.4930.8931.2331.4530.25

注：試樣強(qiáng)度為每組3個(gè)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值，下同.

表3FeSO4加入量與水泥試塊抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%00.10.20.30.40.514d抗壓強(qiáng)度/MPa64.3463.7862.4765.8966.3066.02浸水7d抗壓強(qiáng)度/MPa58.3460.5859.3462.4562.1963.39浸水28d抗壓強(qiáng)度/MPa30.8940.5944.6549.1953.2953.21浸水56d抗壓強(qiáng)度/MPa8.2319.2222.3427.4735.4836.34

2.3FeSO4對(duì)氯氧鎂水泥耐水性的影響

表3是添加不同含量的FeSO4對(duì)水泥試塊抗壓強(qiáng)度的影響.從表3可以得到，加入不同含量的FeSO4對(duì)水泥試塊的14d抗壓強(qiáng)度沒有太大影響.浸水7d水泥試塊的抗壓強(qiáng)度均有小幅度的減小.隨著FeSO4含量的增加，浸水28d水泥試塊的抗壓強(qiáng)度逐漸增加，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時(shí)，達(dá)到了最大值53.29MPa，與未加添加劑的相比，抗壓強(qiáng)度增加了22.40 MPa，保持了浸水前80%的抗壓強(qiáng)度.浸水56d時(shí)，試塊的抗壓強(qiáng)度同樣隨著FeSO4含量的增加也提高，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%時(shí)最佳.圖2為添加0.4% FeSO4浸水56d后樣品的斷面圖，從圖中可以看出，樣品外部淺色部分為多孔的疏松結(jié)構(gòu)，已經(jīng)被水滲透發(fā)生了溶解反應(yīng)，5相和3相轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2流失，是導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降的原因；內(nèi)部深色部分為沒有轉(zhuǎn)變的致密結(jié)構(gòu).分析數(shù)據(jù)可以得出，雖然與未加添加劑相比，耐水性有了較大的提高，但是最大值也僅僅保有浸水前一半左右的抗壓強(qiáng)度.

圖1　樣品的XRD圖

圖2　添加0.4% FeSO4水泥樣品的斷面圖

2.4磷酸對(duì)氯氧鎂水泥耐水性的影響

表4是添加不同含量磷酸在不同齡期下抗壓強(qiáng)度的情況.由表4可以看出在14d抗壓強(qiáng)度添加磷酸與未加磷酸時(shí)相比稍有下降.在浸水7d后水泥試塊的抗壓強(qiáng)度均稍有減小.在浸水28d后不加添加劑的水泥試塊抗壓強(qiáng)度大幅度降低，隨著磷酸含量的增加，水泥試塊抗壓強(qiáng)度逐漸增加，在含量0.6%時(shí)，增加到54.78MPa.浸水56d后水泥試塊的抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步減小，添加磷酸水泥試塊的抗壓強(qiáng)度明顯比未加添加劑水泥試塊的抗壓強(qiáng)度大，在含量為0.6%時(shí)達(dá)到最大值42.46MPa，圖3為添加0.6%磷酸浸水56d樣品的斷面圖，從圖中可以看出樣品外部?jī)H僅有少量區(qū)域的5相和3相被溶解，結(jié)合表4的數(shù)據(jù)，抗壓強(qiáng)度由未加添加劑降低了87%提高到降低32%.因此磷酸含量為0.6%時(shí)，對(duì)提高氯氧鎂水泥的耐水性效果較好.

表4磷酸加入量與水泥試塊抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%00.20.40.60.814d抗壓強(qiáng)度/MPa64.3461.3460.1062.4861.38浸水7d抗壓強(qiáng)度/MPa58.3458.9858.6860.1259.87浸水28d抗壓強(qiáng)度/MPa30.8947.2353.2154.7854.08浸水56d抗壓強(qiáng)度/MPa8.2320.4534.7842.4641.45

圖3　添加0.6%水泥磷酸樣品的斷面圖

2.5耐水性改善機(jī)理

張振禹等[9]從熱力學(xué)的角度證明，氯氧鎂水泥中物質(zhì)穩(wěn)定順序?yàn)椋?相<3相

3結(jié)論

通過改變?cè)吓浔龋尤胩砑觿┛梢悦黠@提高無機(jī)玻璃鋼的耐水性，進(jìn)而延長(zhǎng)氯氧鎂水泥的使用壽命.

(1)使用活性為63.24%的MgO，MgO∶MgCl2摩爾比為6∶1時(shí)耐水性較好.

(2)在上述條件下添加磷酸和FeSO4均能提高無機(jī)玻璃鋼的耐水性，當(dāng)磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，耐水性達(dá)到最佳.

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(編輯：姚佳良)

Research on water proofness of magnesium oxychloride cement

XU Hui-jun1, WANG Qian2, LI Sen2, DU Qing-yang2

(1.School of Chemical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China；2.School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

Abstract:Magnesium oxychloride cement was prepared using MgO, MgCl2 and additives as raw materials in the thesis. The effects of MgO∶MgCl2, H3PO4 and FeSO4on water proofness of magnesium oxychloride cement were investigated. The compressive strength of different ages was tested using the computer constant pressure test machine, which measured the water proofness. The experimental results showed that the best ratio of MgO∶MgCl2 was 6∶1 both H3PO4 and FeSO4could improved the water proofness of magnesium oxychloride cement significantly than that of FeSO4, and the effect of H3PO4 on water proofness of magnesium oxychloride cement was better.

Key words:magnesium oxychloride cement; water proofness; compressive strength

收稿日期：2015-08-12

作者簡(jiǎn)介：徐會(huì)君，女， xuxuhuijun@126.com

文章編號(hào)：1672-6197(2016)05-0049-03

中圖分類號(hào)：TQ172.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A