幾種因素對(duì)氯氧鎂水泥性能的影響

寧亞瑜，張冷慶，丁向群

(1.盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程分院，盤錦　124010;2.沈陽(yáng)建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽(yáng)　110168)

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幾種因素對(duì)氯氧鎂水泥性能的影響

寧亞瑜1，張冷慶2，丁向群2

(1.盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程分院，盤錦124010;2.沈陽(yáng)建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽(yáng)110168)

研究了養(yǎng)護(hù)溫度、氯化鎂溶液濃度、氧化鎂/氯化鎂摩爾比對(duì)氯氧鎂水泥(以下簡(jiǎn)稱鎂水泥)28 d抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響，通過改變單一變量探討了個(gè)因素對(duì)鎂水泥性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著養(yǎng)護(hù)溫度的提高，鎂水泥的28 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低，28 d軟化系數(shù)逐漸升高；隨著MgCl2濃度和MgO/MgCl2摩爾比的增大，鎂水泥28 d抗壓強(qiáng)度先升高后降低，28 d軟化系數(shù)先降低后升高。

氯氧鎂水泥； 抗壓強(qiáng)度； 軟化系數(shù)

1　引　言

氯氧鎂水泥(以下簡(jiǎn)稱鎂水泥)是由輕燒氧化鎂、氯化鎂溶液拌合而成的具有氣硬性質(zhì)的膠凝材料[1,2]，與普通硅酸鹽水泥相比，具有凝結(jié)硬化快、強(qiáng)度高、密度小、耐火性好等特點(diǎn)[3-5]，具有良好的發(fā)展前景。但由于其耐水性差、易翹曲變形限制了在重要結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[6-8]，目前僅限于裝飾材料、包裝及臨時(shí)非承重部位，對(duì)資源造成極大的浪費(fèi)[9]。自1867年Sorel發(fā)明該水泥以來(lái)，其耐水性一直是一些生產(chǎn)和科研單位重視的科研課題，國(guó)內(nèi)外發(fā)表有關(guān)的文章報(bào)道也很多。但由于各地原材料的特性和環(huán)境條件出入很大，時(shí)至今日，根本解決氯氧鎂水泥及制品的耐水性，仍有許多問題需進(jìn)一步分析與探索。本文探討了養(yǎng)護(hù)溫度、氯化鎂溶液濃度、氧化鎂/氯化鎂摩爾比對(duì)氯氧鎂水泥性能的影響，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供參考。

2　試　驗(yàn)

2.1原材料

(1)輕燒氧化鎂

氧化鎂是遼寧大石橋市某廠生產(chǎn)的輕燒氧化鎂(MgO)，密度3.58 g/cm3，主要性能指標(biāo)[10]見表1。

表1　輕燒氧化鎂的主要性能

注：活性MgO為活性MgO占MgO的百分比。

(2)六水氯化鎂

氯化鎂是沈陽(yáng)某化工廠生產(chǎn)的精制工業(yè)氯化鎂(MgCl2·6H2O)，主要成分見表2。

表2　氯化鎂的主要成分

(3)水：自來(lái)水

2.2試樣制備

稱取輕燒氧化鎂粉至于攪拌鍋中，再稱取MgCl2溶液慢慢加入攪拌鍋中，以120 r/min的速度攪拌5 min，攪拌均勻后注入20 mm×20 mm×20 mm的鋼模內(nèi)成型，在相應(yīng)條件下養(yǎng)護(hù)1 d后脫模，在室內(nèi)分別養(yǎng)護(hù)至3 d、7 d、28 d后，分別測(cè)試抗壓強(qiáng)度和浸水28 d后抗壓強(qiáng)度。

2.3測(cè)試方法

(1)抗壓強(qiáng)度

將養(yǎng)護(hù)至一定齡期的20 mm×20 mm×20 mm的鎂水泥試件在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，加荷速度為5 mm/min?？箟簭?qiáng)度f(wàn)為：

(1)

式中，f為試樣抗壓強(qiáng)度，MPa；F為試樣發(fā)生破壞時(shí)的荷載值，N；S為試樣受壓面積，mm2。

(2)耐水性能

以鎂水泥試樣的耐水軟化系數(shù)K作為評(píng)價(jià)耐水性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)，軟化系數(shù)的大小與浸水時(shí)間有關(guān)，其值越大表示浸水后強(qiáng)度越高，抗水性越好，反之則越差。

試件養(yǎng)護(hù)至28 d齡期后，一部分測(cè)試抗壓R0，另一部分在水中浸泡28 d后，擦干表面測(cè)量浸泡后抗壓R。耐水軟化系數(shù)K為：

(2)

式中，K為耐水軟化系數(shù)；R0為28 d時(shí)試樣的抗壓強(qiáng)度，MPa；R為浸水28 d后試樣的抗壓強(qiáng)度，MPa。

3　結(jié)果與討論

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果[11]，選擇溫度20 ℃、氯化鎂濃度為23.4 %、摩爾比為6的試驗(yàn)組合，改變其中一個(gè)因素研究其對(duì)鎂水泥抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響規(guī)律。

3.1溫度對(duì)氯氧鎂水泥強(qiáng)度和耐水性的影響

選取摩爾比為6、MgCl2濃度為23.4 %，通過改變養(yǎng)護(hù)溫度以研究溫度對(duì)鎂水泥強(qiáng)度和耐水性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1　溫度對(duì)鎂水泥強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響Fig.1　Influences of temperature on MOC strength and softening coefficient

由圖1可知，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的提高，鎂水泥的28 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低，28 d軟化系數(shù)逐漸升高。

當(dāng)溫度較高時(shí)，抑制了強(qiáng)度較高的5·1·8相的形成，生成成大量氫氧化鎂，因而強(qiáng)度較低；但由于強(qiáng)氧化鎂的溶解度相對(duì)較低，因此軟化系數(shù)逐漸提高。當(dāng)溫度大于40 ℃時(shí)，這種現(xiàn)象明顯加強(qiáng)，因此強(qiáng)度損失速率加快。另外，研究表明[13]，在相對(duì)較高的溫度下，5·1·8相的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此耐水性逐漸增強(qiáng)。

3.2氯化鎂濃度對(duì)氯氧鎂水泥強(qiáng)度和耐水性的影響

選取溫度25 ℃、摩爾比為6，通過改變氯化鎂濃度以研究氯化鎂濃度對(duì)鎂水泥抗壓強(qiáng)度和耐水性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2　MgCl2濃度對(duì)鎂水泥強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響Fig.2　Influnces of MgCl2 concentration on MOC compressive strength and softening coefficient

由圖2可知，隨著MgCl2濃度的提高，鎂水泥28 d抗壓強(qiáng)度先升高后降低，當(dāng)MgCl2濃度為20%～23%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值；28 d軟化系數(shù)先降低后升高，當(dāng)MgCl2濃度為18%～20%時(shí)達(dá)到最小值。

氯化鎂濃度主要影響5·1·8相和3·1·8相的生成速率，以及鎂水泥硬化體的孔隙率。相5和相3的形成是縮殼反應(yīng)[12]，外界離子濃度是影響反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素，因此，外界離子濃度越高反應(yīng)越迅速，大量的晶體堆積是硬化體強(qiáng)度的主要來(lái)源，因此隨著MgCl2濃度的提高鎂水泥的抗壓強(qiáng)度提高。然而，晶體生長(zhǎng)速度快致使硬化體內(nèi)部孔隙率大，當(dāng)外部環(huán)境中有水存在時(shí)，水分會(huì)延孔壁進(jìn)入內(nèi)部，使晶體溶解，使鎂水泥耐水性變差。

3.3摩爾比對(duì)氯氧鎂水泥強(qiáng)度和耐水性的影響

圖3　MgO/MgCl2摩爾比對(duì)鎂水泥強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響Fig.3　Influences of MgO/MgCl2 mole ratio on MOC strength and softening coefficient

選取溫度為25 ℃、MgCl2濃度為23.4 %，通過改變MgO/MgCl2摩爾比以研究摩爾比對(duì)鎂水泥抗壓強(qiáng)度和耐水性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。 由圖3可知，隨著MgO/MgCl2摩爾比的提高，鎂水泥28 d抗壓強(qiáng)度先升高后降低，在4.0～5.0時(shí)達(dá)到最大；28 d軟化系數(shù)先降低后升高，在4.0～5.0時(shí)達(dá)到最小，而后快速增大。

摩爾比影響反應(yīng)的最終產(chǎn)物，由理論配比，當(dāng)摩爾比為5時(shí)，反應(yīng)生成5·1·8相，強(qiáng)度較高；當(dāng)摩爾比小于4時(shí)，5·1·8相易吸收多余的MgO，從而向3·1·8相轉(zhuǎn)化，使抗壓強(qiáng)度變低；當(dāng)摩爾比大于6時(shí)，形成3·1·8相和Mg(OH)2，抗壓強(qiáng)度低。由于5·1·8相和3·1·8相都為不耐水相，Mg(OH)2溶解度低，因此當(dāng)摩爾比大于6，即有Mg(OH)2生成時(shí)耐水性較好。

4　結(jié)　論

(1)隨著養(yǎng)護(hù)溫度的提高，鎂水泥的28 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低，28 d軟化系數(shù)逐漸升高；

(2)隨著MgCl2濃度的提高，鎂水泥28 d抗壓強(qiáng)度先升高后降低，當(dāng)MgCl2濃度為20～23 %時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值；28 d軟化系數(shù)先降低后升高，當(dāng)MgCl2濃度為18%～20%時(shí)達(dá)到最小值；

(3)隨著MgO/MgCl2摩爾比的提高，鎂水泥28 d抗壓強(qiáng)度先升高后降低，在4.0～5.0時(shí)達(dá)到最大；28 d軟化系數(shù)先降低后升高，在4.0～5.0時(shí)達(dá)到最小，而后快速增大；

(4)制作氯氧鎂水泥制品時(shí)，宜選擇養(yǎng)護(hù)溫度20～25 ℃，氯化鎂濃度22%～24%，MgO/MgCl2摩爾比5～7。

[1] 鄭直．新型鎂質(zhì)水泥的研制與性能[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012．

[2] 王英姿，邱振新，王翔．淺談氯氧鎂水泥制品的性能及發(fā)展?fàn)顩r[J]．山東建材，2000(4)：38-40．

[3] 王兆敏．中國(guó)菱鎂礦現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]．中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2006(5)：6-8．

[4] 嚴(yán)育通，景燕，馬軍．氯氧鎂水泥的研究進(jìn)展[J]．鹽湖研究，2008(1)：60-66．

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[10] WBT1019-2002菱鎂制品用輕燒氧化鎂.

[11] 氯氧鎂水泥理論配料公式[OL]．(2008-12-29)[2014-06-18]．http://www.sngyw.com/ cementapp/show.asp newsid=215&p=2．

[12] 劉倩倩，余紅發(fā)．自然環(huán)境下氯氧鎂水泥的長(zhǎng)期水化產(chǎn)物及其相轉(zhuǎn)變規(guī)律[J]．鹽湖研究．2008，16(4)：15-20．

[13] 劉堯，喬宏霞，周茗如，等．MgCl2溶液濃度對(duì)鎂水泥混凝上優(yōu)選配比強(qiáng)度的影響[J]．鹽湖研究，2011，19(4)：43-48．

Influence of Some Factors on the Properties of Magnesium Oxychloride Cement

NINGYa-yu1,ZHANGLeng-qing2,DINGXiang-qun2

(1.College of Architecture Engineering, Panjin Vocational and Technical College,Panjin 124010,Chian;2.School of Materials Science and Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang 110168,China)

Some factors were studied the influence on the 28 d compressive strength and softening coefficient of Magnesium Oxychloride Cement(MOC), included curing temperature, MgCl2concentration and MgO/MgCl2mole ratio，the rules of all factors impact on MOC properties were discussed by alter single factor. Results show that, as the curing temperature increasing, the 28 d compressive strength of MOC declined, and softening coefficient increased gradually. As the increasing of curing temperature and MgO/MgCl2mole ratio, the MOC 28 d compressive strength increased first and then decreased, and the softening coefficient opposite.

magnesium oxychloride cement;compressive strength;softening coefficient

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部項(xiàng)目(2015-K4-002)；中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)項(xiàng)目(2103-M3-8)

寧亞瑜(1975-)，女，副教授.主要從事膠凝材料方面的研究.

丁向群，教授.

TQ172

A

1001-1625(2016)07-2287-04