檸檬酸對氯氧鎂水泥的改性研究

蘇華雷+姜義軍+景治嬌+喬俊梅+劉振學

摘 要：為了改善和增強氯氧鎂水泥的基本性能，在氯氧鎂水泥中添加適量的檸檬酸，本文研究了檸檬酸對氯氧鎂水泥力學性能和抗潮返鹵性能改善的規(guī)律。實驗結(jié)果表明，檸檬酸可提高氯氧鎂水泥的性能，使氯氧鎂水泥的強度提高，有效的抑制氯氧鎂水泥的返鹵，使得氯氧鎂水泥的耐水性能有了較大的提高。當檸檬酸的添加量為1%時，氯氧鎂水泥的強度提高了63%；氯離子溶出率降低了38%；軟化系數(shù)提高了22%。

關(guān)鍵詞：氯氧鎂水泥 ；檸檬酸； 抗潮返鹵；抗壓強度；氯離子

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.032

0 前言

氯氧鎂水泥是一種特殊品種水泥，因它是由法國人索瑞爾（Sorel）于1867年發(fā)明 [1]，所以又稱索瑞爾水泥。氯氧鎂水泥是由MgO、MgCl2和H2O按照一定比例在常溫條件下通過水化反應凝結(jié)硬化形成的堅硬固體[2-3]，與普通硅酸鹽水泥相比，具有凝結(jié)硬化快、強度高、密度小、耐火性好等優(yōu)點[4-5]，其應用前景廣闊。近十幾年來， 我國氯氧鎂水泥制品的開發(fā)和應用在技術(shù)上有了較大的進步，相繼開發(fā)了一些建材制品， 如隔墻板、通風管、砌塊等。但由于其耐水性差、易開裂、易吸潮返鹵，限制了其廣泛的應用[6]。生產(chǎn)氯氧鎂水泥的主要原料是輕燒氧化鎂粉和氯化鎂溶液，這兩種物質(zhì)在體系中發(fā)生硬化反應，硬化反應過程的化學方程式為5MgO+MgCl2+13H2O=5Mg（OH）2MgCl2·8H2O，生成的主要物質(zhì)為518結(jié)晶相[7]，當塊體浸泡在水中時，會有游離的氯離子產(chǎn)生。所以要解決氯氧鎂水泥的吸潮返鹵的弊病，就要減少游離氯化鎂的產(chǎn)生，減少游離氯離子的產(chǎn)生[8-9]。本文通過在氯氧鎂水泥中添加檸檬酸，研究樣品的力學性能變化規(guī)律和檸檬酸對氯離子的釋放阻礙作用。

1 實驗部分

1.1 原料

1.1.1 輕燒氧化鎂（MgO）

氧化鎂是遼寧海城市某廠生產(chǎn)的輕燒氧化鎂（ MgO） 主要性能指標見表 1。

MgO 活性測定：采用 WB/T 1019—2002標準水合法進行測定氧化鎂的活性，原礦氧化鎂粉在700度高溫下煅燒兩個小時，氧化鎂的活性為68%。

1.1.2 工業(yè)氯化鎂

氯化鎂是華鵬鹽化有限責任公司生產(chǎn) ，其化學成分見表 2。

1.1.3 檸檬酸（C6H8O7）

1.2 所用儀器

WS70Ⅲ型恒溫恒濕養(yǎng)護箱 ；s--4800掃描電子顯微鏡；美特斯CMT6503型拉力機賽多利斯PB-10活度計；電子天平 BS223S（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）；精密定時電動攪拌器

1.3 實驗過程

1.3.1 原料配合比

1.3.2 試樣制備

將氧化鎂、氯化鎂、水（摩爾比為MgO：MgCl2：H2O =7：1： 10）[]及改性外加劑攪拌均勻后在模具中成型。室溫下養(yǎng)護24h后脫模，把試塊用封口袋密封保存；試塊分別自然養(yǎng)護至7d后 ，用粗砂紙將其表層磨凈。

1.3.3 測試方法

（1）抗壓強度。將養(yǎng)護至一定齡期的樣品在美特斯CMT6503型拉力機上進行抗壓強度測試，速度為5 mm /min。抗壓強度 f = F/S 式中，f為試樣抗壓強度，MPa；F為試樣發(fā)生破壞時的荷載值，N； S試樣受壓面積，mm2。

（2）氯離子溶出率的測定。準確稱量樣品質(zhì)量m0，將其放入200mL燒杯中，再加100mL去離子水將其浸泡。試塊在水中浸泡一定時間后，將其取出。把溶液移至250mL容量瓶，用蒸餾水清洗燒杯5次，將洗液一起轉(zhuǎn)入容量瓶，加水稀釋到刻度線，搖勻備用。用活度計測定氯離子的離子濃度cx。同時取適量蒸餾水（氯離子濃度為c0）作空白試驗。氯離子溶出率的計算公式為

Clx=（cx- c0）·v· MCl/ m0×100%

式中，Clx為試件養(yǎng)護x天后，氯離子的溶出率，%；v為容量瓶的體積，250mL；MCl為氯離子的分子質(zhì)量。

（3）耐水性能測試。本文采用軟化系數(shù)表征改性氯氧鎂水泥的耐水性能，試件養(yǎng)護至7天后，一部分測抗壓，另一部分放水中浸泡7天后，擦去表面水分，測壓強。其軟化系數(shù) K=Re/R0x100% 。

2 實驗結(jié)果與討論

根據(jù)文獻和前期實驗結(jié)果，選擇摩爾比為MgO：MgCl2：H2O =7：1： 10，考察了不同添加量的檸檬酸對氯氧鎂水泥的強度、鹵離子溶出率、軟化系數(shù)的影響。

2.1 檸檬酸的質(zhì)量分數(shù)對氯氧鎂水泥抗壓強度的影響

如圖1所示，添加檸檬酸后，氯氧鎂水泥的力學強度有了很大的提高，沒有加檸檬酸時，塊體樣品放置7天的抗壓強度只有32.24MPa。加入檸檬酸后強度有一定的提高，檸檬酸的添加量為0%---1%時，試件的抗壓強度不斷增加，添加量為1%時達到最大值。當超過1%時，強度反而降低。結(jié)果表明，適量的檸檬酸對氯氧鎂水泥的抗壓強度提高作用明顯。

2.2 檸檬酸的質(zhì)量分數(shù)對氯氧鎂水泥對抗鹵的影響

制備不同檸檬酸添加劑的水泥塊體，檸檬酸添加量為0%、0.5%、1%、1.5%、2%，將塊體在室溫下下養(yǎng)護7天后，準確稱量其質(zhì)量m0（精確至0.000 1 g），放200 mL燒杯中，再加100 mL蒸餾水將其浸泡并密封。24h后，用滴定的方法測試溶液中氯離子的濃度并算出氯離子的溶出率。實驗結(jié)果表明如圖2，空白樣品的氯離子溶出率為5.4%，隨著檸檬酸百分含量的增加，氯離子的溶出率逐漸減少。在1%添加量時，氯離子溶出率達到最小值，約為3.2%。檸檬酸對氯氧鎂水泥中的氯離子的游離有明顯的抑制作用，抑制率為59%。

將添加1%檸檬酸的氯氧鎂水泥塊體和空白樣塊體在室溫下養(yǎng)護7天后，準確稱量其質(zhì)量m0（精確至0.0001 g），置入200 mL燒杯中，再加100ml蒸餾水將其浸泡并密封。隔1/2/4/6/8/12/24/48h后在溶液中取樣并測氯離子的溶出率。實驗結(jié)果如圖3，結(jié)果表明，兩個樣品的氯離子濃度都是隨著時間不斷增加，但添加檸檬酸的樣品，氯離子的濃度始終小于空白樣品。在24h后氯離子濃度達到最大值，

2.3 檸檬酸對氯氧鎂水泥耐水性的影響

制備添加不同量的檸檬酸的水泥塊體，檸檬酸添加量為0%、0.5%、1%、1.5%、2%，將塊體在室溫下下養(yǎng)護7天后，一部分放在常溫下7天后測試強度，另一部分浸泡在水中7天后測試強度。得到的結(jié)果如下圖，添加檸檬酸的氯氧鎂水泥樣品的耐水性能有較大的提高。當添加量為1%時，軟化系數(shù)達到0.55。

3 結(jié)論

a、氯氧鎂水泥中添加一定量的檸檬酸能夠提高樣品的強度，并且，0%--1%范圍內(nèi)，隨著檸檬酸的增加，強度也增大。

b、檸檬酸的添加能夠影響試件中氯離子的溶出率，當檸檬酸的添加量為1%時，氯離子的溶出率最低，腐蝕性也越小。

c、氯氧鎂水泥的耐水性也隨著檸檬酸的添加增強。

參考文獻：

[1]Urwongse L，Sorrell C A .Phase mlationships in magnesium oxysulfate cements[J].journal of the American Ceramic Socirty，1980，63（03）：523—526.

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

[3]王英姿，邱振新，王翔.淺談氯氧鎂水泥制品的性能及發(fā)展狀況[J].山東建材，2000（04）：38-40.

[4]嚴育通，景燕，馬軍.氯氧鎂水泥的研究進展[J].鹽湖研究，2008（ 01）：60-66.

[5]秦麟卿，楊耿.氯氧鎂水泥的研究進展[J].水泥技術(shù)，2009：43-46.

[6]關(guān)輝，呂建福，巴恒靜.氯氧鎂水泥基材料體積穩(wěn)定性研究[J]. 深圳大學學報（理工版），2009，26（03）：296-300.

[7]Deng Dehua，Zhang Chuanmei.The formation mechanism of thehydrate phases in magnesium oxychloride cement[J]. Cement andConcrete Research，1999（29）：1365-1371.

[8]姜洪義，陳常明.外加劑對鎂水泥氯離子溶出率的影響[J].武漢理工大學學報，2010，32（18）：37-40.

[9]鄭直，詹炳根.檸檬酸對硫氧鎂水泥改性作用[J].合肥工業(yè)大學學報，2013，36（04）：461-464.