氯氧鎂水泥強(qiáng)度影響因素研究

王福浩

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015)

0 引言

氯氧鎂水泥(以下簡稱MOC)，又稱水玻璃，是一種快硬高強(qiáng)的氣硬性膠凝材料。我國在20世紀(jì)50年代開始對這種材料進(jìn)行初步研究，其耐水性能差、吸潮反鹵和變形開裂等問題在研究者不斷的研究中逐步改善，廣泛應(yīng)用于包裝材料、建筑材料、裝飾材料、耐火制品和代木家具等領(lǐng)域。MOC是一種對原料組成量和制作工藝極其敏感的材料，由于許多生產(chǎn)廠家在制作MOC制品過程中的不規(guī)范，引起其強(qiáng)度的降低。就MOC制品在制作過程中影響其強(qiáng)度的幾個重要因素進(jìn)行闡述，避免MOC制品在生產(chǎn)過程中因操作不當(dāng)對強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

1 原料配合比

MOC是以輕燒鎂粉、鹵粉和水為原材料充分?jǐn)嚢韬笮纬傻哪z凝材料，而原材料的配比是以活性MgO和MgCl2的摩爾比為基礎(chǔ)配制的。

輕燒鎂粉中MgO包含活性MgO、無活性MgO和Mg(OH)2三種成分，而有人會將在輕燒鎂粉中所檢測出的全部MgO成分比例，搭配MgCl2進(jìn)行摩爾配比。還有人會為了降低成本，將受潮和未受潮的輕燒鎂粉進(jìn)行混合，受潮的輕燒鎂粉中活性MgO成分一般都在30%以下，兩者混合后造成了總體活性MgO比例的降低。而這兩種不規(guī)范的做法往往導(dǎo)致了活性MgO成分不足和MgCl2過剩，制品內(nèi)部生成強(qiáng)度較低且不穩(wěn)定的“3·1·8”相[1]，強(qiáng)度較高的“5·1·8”相不足，造成強(qiáng)度的降低。而且在挑選輕燒鎂粉時，應(yīng)該選擇150～200目的細(xì)度，細(xì)度較粗會造成顆粒內(nèi)部接觸不到水分而沒有反應(yīng)，在MOC制品硬化后適宜的條件下再次反應(yīng)，出現(xiàn)泛白和制品開裂變形[2-3]，強(qiáng)度降低。

鹵粉的主要成分是MgCl2，而MgCl2在摩爾比中應(yīng)該選擇合適的摻量。如果MgCl2含量較少，容易造成MOC中Cl-成分的降低，導(dǎo)致與MgO的結(jié)合效果變差，而其結(jié)合效果與強(qiáng)度成正比關(guān)系[4-5]。如果MgCl2含量較多，隨著空氣溫濕度的不斷影響，就容易造成吸潮反鹵現(xiàn)象的反復(fù)出現(xiàn)，最終導(dǎo)致制品強(qiáng)度的下降。

拌和水是MOC的重要組成部分。拌和用水過多會造成水泥中鹽基度的降低，極易引起過多強(qiáng)度很低的Mg(OH)2凝膠產(chǎn)生。拌和用水量過大造成含水率的提高，在MOC制品凝結(jié)硬化后，多余水分會隨毛細(xì)孔蒸發(fā)，造成制品內(nèi)部孔隙率的增加，強(qiáng)度降低。研究表明，伴隨著孔隙率提高1%，MOC的強(qiáng)度就會降低5%以上[6]。另外，隨著鹽基度的降低，MgO和MgCl2反應(yīng)不完全，造成吸潮反鹵的現(xiàn)象。拌和用水過少也同樣引起以上現(xiàn)象。

2 投料次序與攪拌時間

氯氧鎂水泥，只看名字容易誤導(dǎo)我們以為其投料和常用的普通硅酸鹽水泥類似，將水泥和摻和料一次性倒入略加攪拌，加水制作完成。普通硅酸鹽水泥摻料和水?dāng)嚢栊┰S不均勻?qū)λ嗟恼w強(qiáng)度不利影響并不是很大，但是氯氧鎂水泥不同，如果攪拌不均勻，局部水分過少或過多，水化放熱不同，容易造成變形，也會引起上述拌和用水量相關(guān)不利影響。有文獻(xiàn)[4]表明，MOC攪拌時間在15min為宜。

一般MOC投料順序如圖1所示。因?yàn)檩p燒鎂粉在投入攪拌機(jī)之前加入少量水，可以提前進(jìn)行水化熱反應(yīng)，水化反應(yīng)結(jié)束之后將幾種原材料投入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，這樣就避免了水化熱反應(yīng)引起的制品變形開裂問題。這種方法在水化放熱過程中會產(chǎn)生部分Mg(OH)2，Mg(OH)2能夠與MgCl2進(jìn)行反應(yīng)生成“5·1·8”相，但不是全部，剩余未反應(yīng)的Mg(OH)2延緩了水化反應(yīng)，降低了水化熱，間接提高了前期強(qiáng)度，不過此種投料順序?qū)χ破泛笃趶?qiáng)度稍有不利影響[4]。

對于后期強(qiáng)度產(chǎn)生的不利影響，可以摻加外加劑來彌補(bǔ)。此種問題可以添加磷酸或磷酸鈉[7-9]。這主要是因?yàn)榱姿岷土姿徕c中[PO4]3-與氯氧鎂水泥中的Mg2+和CaO等反應(yīng)可以生成難以溶解的晶相和凝膠相，這兩種物相可以將水泥中水化產(chǎn)物包裹，水泥中的短棒狀“5·1·8”相晶體占多數(shù)，減少了水泥結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶接觸點(diǎn)，提高了氯氧鎂水泥在水中浸泡的穩(wěn)定性，同時增強(qiáng)了水泥制品的密實(shí)度，在提高M(jìn)OC耐水性的同時，水泥制品的強(qiáng)度也得以提高。

3 養(yǎng)護(hù)條件

3.1 溫度養(yǎng)護(hù)

MOC在成型后的養(yǎng)護(hù)溫度對制品強(qiáng)度的影響非常大，主要表現(xiàn)在低溫和高溫兩個方面。查閱多篇文獻(xiàn)[4，6，10]，所要求的養(yǎng)護(hù)溫度并不完全一致，但總歸在20～25℃交叉點(diǎn)符合研究學(xué)者的養(yǎng)護(hù)溫度要求。這一溫度范圍之外，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的不斷增加，制品就會出現(xiàn)吸熱效應(yīng)，伴隨著出現(xiàn)熱失重現(xiàn)象[10]。這種現(xiàn)象會造成水泥制品中的結(jié)構(gòu)水脫水，導(dǎo)致含水率增大，隨后蒸發(fā)后出現(xiàn)上述拌和用水量過多出現(xiàn)的強(qiáng)度下降?！?·1·8”相晶體不斷減少，以至在水化溫度提高至80℃左右，“5·1·8”相晶體消失，伴隨著出現(xiàn)了大量未知晶體[11]?！?·1·8”相是高強(qiáng)的主要物相，此物相消失，就導(dǎo)致了水泥強(qiáng)度的降低。隨著養(yǎng)護(hù)溫度的不斷降低，“3·1·8”相晶體產(chǎn)生逐步增多，“5·1·8”相晶體隨之減少，這也造成了水泥制品強(qiáng)度的不斷降低[12]。

3.2 濕度養(yǎng)護(hù)

MOC制品的養(yǎng)護(hù)需要控制空氣中的濕度，而不能依據(jù)普通硅酸鹽水泥的灑水養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。灑水養(yǎng)護(hù)會導(dǎo)致水泥制品遭受水的侵蝕，容易對其強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

MOC制品在養(yǎng)護(hù)過程中，其內(nèi)部水分會被摻料結(jié)合和被蒸發(fā)。內(nèi)部水分受水化放熱引起水泥制品溫度升高引起的蒸發(fā)和空氣自然蒸發(fā)兩個方面影響，而空氣自然蒸發(fā)會受到制品養(yǎng)護(hù)時所在環(huán)境中濕度的影響。環(huán)境中濕度過低，會造成水泥制品內(nèi)部自然蒸發(fā)的水分增加，以致不足以完全進(jìn)行水化反應(yīng)，這就和上述拌和用水量較少造成同樣的影響。而環(huán)境中的濕度比較充足，內(nèi)部水分會因與外部空氣濕度相似而減少水分蒸發(fā)流失，避免一系列的不利影響。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，制品養(yǎng)護(hù)的環(huán)境濕度一般控制在60%～70%以內(nèi)[4]。

4 結(jié)論

原材料配合比、投料次序與攪拌時間、養(yǎng)護(hù)條件這三種因素對MOC制品的影響非常大，在制備過程中符合科學(xué)要求將會減少或是避免因操作方法不當(dāng)引起的強(qiáng)度不足，為今后氯氧鎂水泥制品的生產(chǎn)提供參考。