氯氧镁水泥（共7篇）
氯氧镁水泥 篇1
1 概述
1867年瑞典学者索瑞尔发明了一种胶凝材料, 由轻烧MgO、MgCl2和H2O三者按照一定配比调和形成, 这就是氯氧镁水泥, 又称索瑞尔 (Sorel) 水泥。氯氧镁水泥的材料主要由两大部分组成:一部分是基本材料 (MgO、MgCl2和H20) , 它们形成的MgO-MgCl2-H20三元化合物结晶复盐是氯氧镁水泥的硬化体, 其中最主要的是3MgO·1MgCl2·8H20结晶相简称3相和5MgO·1MgCl2·8H2O结晶相简称5相。另一部分是外加剂, 是指各种能改善氯氧镁水泥性能的有机和无机材料。
2 氯氧镁水泥形成机理
2.1 氯氧镁水泥水化物
氯氧镁水泥是一种MgO-MgCl2-H2O体系组成的镁质胶凝材料, 其主要成分为碱式氯化镁, 可以用通式Mgx (OH) y·Cl·n H2O表示。现在对MgO-MgCl2-H2O体系的研究很多, 并且取得了大量的成果, 但对于OH--MgCl2-H2O体系的研究还很少。
为了弄清氯氧镁水泥形成过程的相变动力学和微观结构, 各国学者广泛开展了镁水泥水盐体系的物理化学分析研究。Bury[2]等克服了胶凝现象, 用湿渣法获得了平衡相图, 并指出平衡相中只有一个三元化合物3·1·8相。Sorrell等人在此基础上用合成法, 采用X射线分析鉴定物相, 获得了体系相图的轮廓线, 相图中有很大一片胶凝区和液相区, 发现除三元化台物3·1·8相外, 还有一种5·1·8相, 并指出5·1·8是镁水泥的基质相。我国张逢星等人1988年重新研究了镁水泥体系MgO-MgCl2-H2O在15℃和35℃的相平衡, 研究结果证实了Bury体系只有一个新化合物的结论, 并指出Sorrell的相图应为一种非平衡态相图。
众多的研究表明[3], 在室温时镁水泥强度相主要是5·1·8相和3·1·8相, 3·1·8相较5·1·8相更稳定, 5·1·8相可向3·1·8相转化。在显微镜下5·1·8相一般为针杆状, 受生长空间不同和外来因素的影响, 有时也呈颗粒状或纤维束状集台体, 它们相互交叉, 搭接成毛毡状多相多孔网状结构。但在较高温度时, 镁水泥的主要相是9Mg (OH) 2·MgCl2·5H2O和2Mg (OH) 2·MgCl2·4H2O等。研究表明受大气中CO2和H2O的作用, 5·1·8相和3·1·8相在镁水泥体系中并不能长期稳定存在, 转化成新相2MgCO3·Mg (OH) 2·MgCl2·6H2O, 因此中期主要相有5·1·8相、3·1·8相和2MgCO3·Mg (OH) 2·MgCl2·6H2O, 而在后期经相转化后, 主要相包括5·1·8相、3·1·8相、2MgCO3·Mg (OH) 2·MgCl2·6H2O、4MgCO3·Mg (OH) 2·H2O和MgCO3。
2.2 氯氧镁水泥硬化机理
氯氧镁水泥的水化在MgO-MgCl2-H2O三元系统中进行。1976年Sorell[4]和Armstrong等人首次用X-射线衍射分析 (XRD) 固相, 确定了其中有5Mg (OH) 2·MgCl2·8H2O (五相) 和3Mg (OH) 2·MgCl2·8H2O (三相) 两种主要的晶体相, 其形成可用下式表示[5]:
到1980年又证实了5·1·8相比3·1·8相结晶快, 而且有转变为3·1·8相的趋势, 这种转化与MgO/MgCl2的摩尔比有密切关系。氯氧镁水泥中还有未反应完全的MgO、MgCl2·6H2O及生成的Mg (OH) 2, 以及少量的2Mg (OH) 2·MgCl2·4H2O (2相) 和9Mg (OH) 2·MgCl2·5H2O (9相) 等[6]。5相和3相[7]皆为晶体结构, 在显微镜下一般呈针杆状, 受生长空间不同和外来因素的影响, 有时也呈颗粒状、纤维束状集合体, 它们相互交叉搭接成毛毡状多相多孔网状结构, 产生较高的机械强度。随着水泥体的硬化, 镁水泥石网架状结构中的孔隙不断被反应产物填充密实, 其强度不断增加。
3 氯氧镁水泥的改性
由于5相和3相在结构上属亚稳态, 它们间相互交叉穿插, 相互吸附在一起, 形成网状结构, 但并没有结合成整体。在网状结构中存在着大量热力学不稳定的接触点, 当暴露于潮湿的空气中时, 受水的作用而水解, 起主要强度作用的5相和3相水解后转变成层状松散堆积结构的Mg (OH) 2, 导致制品的孔隙率增大, 强度下降, 且更易吸潮, 同时由于生成了游离的MgCl2, 并且制品中还会有未反应的MgO, 它们会通过毛细孔迁移到制品表面, 出现返卤泛霜现象, 也影响了制品的外观。另外, 由于水化的不均匀、水化速度过快, 水解产物、碳化作用及原料中过多的游离氧化钙与水反应的产物都有膨胀性, 会产生内应力引起体积膨胀, 还会导致菱镁制品翘曲变形甚至开裂。针对这些弊病做出的改性研究工作, 总结起来主要包括原料质量控制、配比、生产工艺、养护条件以及改性外加剂等多个方面。
研究人员对氯氧镁水泥产生各种缺陷的主要原因进行分析研究, 经过无数次的实验, 得出了许多有效的方法, 能很好的解决上述缺陷, 并且增强的氯氧镁水泥制品的强度、韧性等性能。
3.1 MgO/MgCl2的摩尔比的影响
应严格控制好MgO、MgCl2及水等原料的物质的量之比。文献中原料配比相差较大, 从1944年到1972年, 诺基斯 (Rogec) 等人考察了R<4形成5·1·8向3·1·8转化;R=4~6, 3·1·8相向5·1·8相转化;R=5时形成5·1·8相;R>6形成3·1·8相和Mg (OH) 2。一般认为比例4~6较好, 其中R为MgO与MgCl2物质的量之比。近来又有研究表明, 为了确保5相的产生和减少未反应MgCl2的含量, MgO/MgCl2的摩尔比应在12~17之间, 摩尔比低于11时, 会延长相变时间, 而且会有较大量的3相产生同。直到今天仍然有许多专家在确定MgO/MgCl2的摩尔比的研究上不懈的努力。
3.2 改性外加剂
掺入改性添加剂的目的是希望能在制品中生成稳定的晶相, 清除过剩的游离MgCl2, 同时可增强制品的致密度, 阻塞制品中的毛细通道, 防止外界水分渗入而造成返卤泛霜和强度降低的问题, 常用的改性添加剂有:磷酸盐, 含活性SiO2的复合煤渣 (粉煤灰) , 无机铁盐和铝盐和高分子有机聚合物等。
3.2.1 磷酸盐的影响
磷酸可以提高氯氧镁水泥水化物在水中的稳定性, 使得5相晶体在水中不发生水解反应。从而使得氯氧镁水泥在水中的强度不变。原因在于在水泥净浆液相中发生离解反应, 产生磷酸根离子 (H2PO4-, HP042+和PO43-) , 然后这些磷酸根离子与Mg2+离子之间发生相互配位, 这样便降低溶液中的Mg2+团聚提高水溶液中这些相的稳定性。磷酸也可以降低氯氧镁水泥水化物形成所需的最低Mg2+离子浓度, 从而使得水化物5相可以在Mg2+离子浓度很低的氯氧镁水泥净浆中形成。邓德华认为一般磷酸的用量只有1%左右, 不可能生成足量的沉淀物包裹晶体。他采用XRD分析了氯氧镁水泥浆体, 认为浆体中磷酸离解出磷酸根离子与Mg2+离子配位, 降低了水化物形成和稳定存在所需的最低Mg2+离子浓度, 因而提高了氯氧镁水泥水化物在水中的稳定性, 使得5·1·8相晶体在水中不发生水解反应[8]。
3.2.2 粉煤灰、硅灰的影响
这类改性剂来源丰富, 且改性效果也较好, 是一类有前途的改性剂。众多研究指出, 活性SiO2和Al2O3有利于提高抗水性。含有活性Al2O3-SiO2类物质有潜在的碱激发活性, 可以用碱激发铝硅酸盐反应, 生成抗水性和化学稳定性好的胶凝材料, 它们在水泥中还能起骨架和抑制变形的作用。中国矿业大学 (北京) 的韩敏芳教授[9]认为磨细粉煤灰的加入, 使得基体中的主晶相由结晶型变为凝胶型, 减少了材料中的活化接触点, 同时还堵塞了基体内的部分连通孔, 改变了孔结构, 增加了材料的密实性, 提高了抗水性。张洪[10]则认为粉煤灰的加入使制品的孔结构得到很大的改善是材料耐水性提高的主要原因。硅灰也是一种很有效的活性二氧化硅类填料, 但由于成本原因, 其使用范围较小。
3.2.3 无机铁盐和铝盐的影响
无机铁盐和铝盐, 如硫酸铝、硫酸亚铁等。这些物质的加入不仅能加快反应速率, 而且能形成Fe (OH) 3或Al (OH) 3胶状絮凝物, 堵塞毛细通道, 提高抗渗和减少吸湿性。
3.2.4 高分子聚合物的影响
高分子有机聚合物能包裹在晶体外壁使5相周围产生高聚物或疏水的保护层, 减少了氯离子与水的接触, 从而提高了络合物结构的相对稳定性;同时填补了水泥硬化体的内部孔隙, 提高了抗水性, 减轻了制品返卤现象同时也延长了其使用寿命。常用的高分子聚合物有丙烯酸系聚合乳液、聚偏氯乙烯乳液、脲醛树脂、硅酸乙酯、丁苯乳胶等10多种[11]。
3.2.5 植物或化学纤维的影响
为减轻氯氧镁水泥制品的质量、增强制品的韧性、抗冲击性和抗折性能, 人们便在生产时在氯氧镁水泥中加如一定量的植物纤维 (如稻草灰、纸筋等) 和化学纤维 (主要是玻璃纤维) , 添加了这些纤维后还能减少因温湿度控制不当造成的微小裂纹及翘曲变形等缺陷。现如今这种改性技术已经逐渐成熟, 有的公司已经开始投入生产。但还有些研究者为寻找增强这种含纤维制品其他性能的方法而进行不断的研究[12.13]。
4 结语
我国氧化镁和氯化镁资源非常丰富, 目前研制和发展氯氧镁水泥产业已取得了大量的科研成果。尽管氯氧镁水泥的研究和应用取得了重要的成果, 但产品的质量问题仍然没有从根本上解决。主要原因是对镁质碱性水泥的组成和其反应机理认识不够, 对水化产物的实质不了解。随着研究的不断深入, 氯氧镁水泥存在的缺陷将来会不断的解决, 其在工程应用方面将有着广阔的发展空间。
摘要：本文总结了氯氧镁水泥自被发明以来的一些研究应用情况, 着重分析了氯氧镁水泥的基本组分、水化硬化过程和机理, 并综述了各种不同的改性剂对氯氧镁水泥性能的影响。
关键词：氯氧镁水泥,水化机理,改性,外加剂
氯氧镁发泡水泥配合比正交设计 篇2
随着我国相继出台的建设资源节约型社会和节能降耗政策,节能型建筑材料已成为新型建材的发展方向,建筑保温节能材料得到快速发展。为有效避免由于有机泡沫塑料保温材料引发的火灾,我国相继出台了建筑外墙泡沫塑料使用范围的规定意见。2011年公消字[2011]65号文件明确了消防监督管理的权限,并重点提出在新建房屋中,建筑外墙保温材料必须使用阻燃材料的硬性规定。作为无机保温材料的发泡水泥由于具有质量轻、保温和隔热性能好、耐火性能良好、环保性能好的优点,成为学者和研究人员关注研究的重点。美国的研究人员研发了一种新型发泡水泥制品,它将泡沫分散在水泥材料内并制作成复合的三明治结构,是一种把微型泡沫分散在天然乳胶中形成的多相水泥浆复合材料。杜传伟研究了减水剂掺量与泡沫水泥试件吸水率外在关系;管文开展了三类减水剂对泡沫混凝土进行耐水改性的研究;李小龙以水泥、粉煤灰等为原料,采用化学发泡的方法制备了发泡水泥,其3 d抗压、抗折强度分别为1.05 MPa、0.61 MPa,导热系数为0.067 W/(m·K)。李国忠等采用物理发泡方式制备了泡沫水泥,当水灰比为0.39、泡沫掺量为2.0 m L/g、纤维掺量为0.9%时,发泡水泥3 d抗压、抗折强度分别为1.05MPa、0.61 MPa,导热系数为0.069 W/(m·K)。
氯氧镁水泥是一种价格低廉、清洁环保胶凝材料。我国菱镁矿储量大约有80亿t,而调合剂氯化镁在全国各地制盐的盐矿、井盐和湖盐地为其提供了丰富的废液原料。氯氧镁水泥制作的泡沫水泥既能用作于建筑保温,又充分利用我国丰富的镁质矿产,对缓解我国钙质矿产、粘土、煤资源,拓宽无机发泡水泥的研究,响应国家节能减排的号召和可持续发展战略具有重大意义。
通过正交试验设计方法,研究了活性氧化镁与氯化镁的摩尔比(以下简写为Mg O:Mg Cl2)、水与氯化镁的摩尔比(以下简写为H2O:Mg Cl2)和发泡剂掺量对氯氧镁发泡水泥强度和密度的影响,确定发泡水泥配合比。
2 实验原材料及方法
2.1 原材料
轻质氧化镁和氯化镁为工业品,购于市场;轻质氧化镁活性为60.0%;氧化镁为六水氯化镁(Mg Cl2·6H2O),其中Mg Cl2含量≥43%。发泡剂为H2O2质量分数为30%双氧水,购于市场。水为室温下的自来水。
2.2 正交设计
综合考虑发泡水泥使用性能,鉴于氯氧镁水泥水化硬化速度快,以发泡水泥主要性能的3 d抗压强度和干密度为指标。拟设计发泡水泥的干密度为300 kg/m3,强度越大越好。确定发泡水泥的影响因素为Mg O:Mg Cl2、H2O:Mg Cl2、双氧水质量百分数掺量为正交设计实验的3个因素,每个因素取3个水平。其因素水平见表1。
2.3 工艺流程及试样制备
按设定的配比将称量好的卤片和水混合放入搅拌机中搅拌形成溶液;将轻质氧化镁混合料先进行慢速搅拌60 s的预处理,即加入部分的物料进行水化,加入剩下的氧化镁的混合料继续慢速搅拌120 s,再快速搅拌60 s;最后加入称量好的质量分数为双氧水发泡剂后继续快速搅拌30 s;将搅拌好的水泥浆注入150 mm×150 mm×150 mm的试模中,在25℃环境温度下静置发泡成型;24 h后脱模,将脱模后的发泡水泥样品置于自然条件下养护到龄期测试其性能。氯氧镁发泡水泥的工艺流程见图1。
2.4 性能测定
强度测定:试块烘干后,采用RGM-4010电子万能试验机,按照《GB/T 5486无机硬质绝热制品试验方法》,调节加载速度为(10±1)mm/min进行测试。
干密度测定:将试块放入鼓风干燥箱内,在(60±5)℃时,烘干至恒重,即3 h内质量变化率在0.2%之内,称量其质量G;用钢尺测量其长、宽、高,计算体积V;干密度为ρ=G/V。
导热系数:按照GB/T 10294的方法,采用DRPL-I导热系数测试仪(平板热流计法)检测导热系数。
3 实验结果与分析
3.1 实验方案和结果
考虑氯氧镁发泡水泥实验有3个因素和3个水平,而且因素间的无交互作用,故选用L9(34)型正交表来安排实验,其中D列是无因素的空白列,因其便于实验后期的方差分析,也称误差列。氯氧镁发泡水泥正交设计实验方案和结果见表2。
3.2 直观分析
将试验结果进行极差分析并列于表3,直观分析所得的各因素水平对3 d抗压强度和干密度的影响分别见图2和图3。
从表3、图2和图3可知,当Mg O:Mg Cl2在3.0~6.5之间,H2O:Mg Cl2在11~18之间,双氧水掺量在4~10之间三个水平时,各因素对发泡水泥3 d抗压强度影响顺序为:Mg O:Mg Cl2>H2O:Mg Cl2>双氧水的掺量,并且Mg O:Mg Cl2影响最大,双氧水的掺量影响最小。各因素对干密度影响顺序为:H2O:Mg Cl2>双氧水的掺入量>Mg O:Mg Cl2。H2O:Mg Cl2的影响最为显著,双氧水掺量和Mg O:Mg Cl2的影响相对较弱。对于各性能最优配合比为:强度是A3B2C1,即Mg O:Mg Cl2摩尔比为6.5,H2O:Mg Cl2为14,双氧水掺入量为4%;干密度是A3B1C1,即Mg O:Mg Cl2摩尔比为6.5,H2O:Mg Cl2为11,双氧水掺入量为4%。
在强度和密度的最优配合比中,影响因素A和C的水平相同,都是A3和C1,影响因素B水平不同。考虑在常温下氯氧镁水泥强度贡献晶相是5Mg O·Mg Cl2·8H2O(518相),在Mg O-Mg Cl2-H2O体系中,若活性氧化镁完全反应生成518相,反应终了产物只有Mg(OH)2和518相,其H2O:Mg Cl2应大于等于13;此外,用水量少会使料浆的稠度变大,不利于发泡成型,发泡水泥干密度增加。故取因素B为强度性能最优配合比中的水平,即B2(H2O:Mg Cl2=14),故最佳配合比为A3B2C1。
3.3 方差分析
为了进一步分析各因素对强度的影响,进行了3 d抗压强度和干密度双指标的方差分析,结果见表4。方差分析表明,Mg O:Mg Cl2对发泡水泥强度有着特别的显著影响,H2O:Mg Cl2对发泡水泥强度有显著影响;对发泡水泥干密度影响最大的是H2O:Mg Cl2,这是由于H2O:Mg Cl2决定了水泥浆体的稠度,水泥浆体过稠或过稀都不能留住发泡剂反应出的气体而很好地发泡成型。这与3.2节的直观分析结果一致。
注:F>F0.01,记为“**”,表示影响特别显著;F0.01≥F>F0.05,记为“*”,表示影响显著;F0.05≥F>F0.1,记为“(*)”,表示有一定影响;F0.1≥F,表示影响较小。
3.3 重复试验
采取A3B2C1进行重复试验,根据试样S8干密度较大的情况,为减小发泡水泥的密度,提高发泡水泥的性能,在A3B2C1的基础,增加双氧水的掺量,从4%增加为5%,进行对比试验。其结果见表5,数据表明,在提高双氧水的掺量后,发泡水泥的干密度得到了改善,同时导热系数也明显减小。
4 结论
发泡水泥其强度和干密度是一对相互矛盾的性能指标,在制备发泡水泥时,应注意协调二者之间的关系。氯氧镁发泡水泥正交设计实验得出,影响抗压强度的因素主次顺序是Mg O:Mg Cl2>H2O:Mg Cl2>双氧水的掺量;影响密度影响的因素主次顺序是H2O:Mg Cl2>双氧水的掺入量>Mg O:Mg Cl2。在Mg O:Mg Cl2=6.5,H2O:Mg Cl2=14,双氧水掺量为5%时,所制得的发泡水泥3 d抗压强度为0.35 MPa,干密度为301 kg/m,导热系数为0.062 W/(m·K)。
摘要：通过正交设计方法配制了氯氧镁发泡水泥,以发泡水泥3 d抗压强度和干密度为指标,分析研究了mol(MgO活性):mol(MgCl2)、mol(H2O):mol(MgCl2)、双氧水掺量等因素对发泡水泥3d抗压强度和干密度的影响。结果表明,正交设计的分析结果与试验结果有良好的一致性。在mol(MgO活性):mol(MgCl2)为6.5,mol(H2O):mol(MgCl2)为14,双氧水掺量为5%时,所制得的发泡水泥3d抗压强度为0.35 MPa、干密度为301 kg/m3、导热系数为0.062 W/(m·K)。
关键词：氯氧镁水泥,发泡水泥,配合比,正交设计
参考文献
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氯氧镁水泥 篇3
目前,改善镁水泥及其制品耐水性能最有效的方法是掺加外加剂,可有效改善其孔结构,提高密实度,减小孔隙率[2]。常用的外加剂主要有:磷酸及其可溶性盐类、铁盐、铜盐、铝盐、有机酸、高分子聚合物以及复合改性剂等。外加剂对镁水泥的改性机理是改变其内部水化产物的结晶形貌或是形成胶状絮凝物堵塞毛细通道[3,4]。
以镁质水泥为胶结材料,以玻化微珠、小麦秸秆为保温轻集料,以粉煤灰为主要掺合料,可配制出保温隔热性能良好的新型保温砂浆[5],但其在潮湿环境下使用时仍然存在吸潮返卤、强度损失大的缺陷,耐水性能有待进一步改善。
本试验选取磷酸钠、硫酸亚铁、有机酸、硅灰等4种外加剂,选取合适的掺量设计正交试验,通过测试试件的抗压强度、抗折强度、软化系数等指标,探讨外加剂对氯氧镁水泥基复合保温砂浆强度和耐水性能的影响,并得出其最佳掺量,以改善材料耐水性不足的缺陷,为其进一步推广提供依据。
1 试验
1.1 原材料
(1)轻烧镁粉:Mg O含量85%,其中活性Mg O含量60%~65%,比表面积21 710 cm2/m L,济南金泉化工有限公司生产。
(2)卤片:Mg Cl2·6H2O含量96%,天津市塘沽金轮盐化有限公司生产。
(3)小麦秸秆:小麦秸秆自然风干后经秸秆粉碎机粉碎处理,粉碎后粒径为2~3 mm。
(4)玻化微珠:粒径0.1~2.5 mm,堆积密度60~200 kg/m3,导热系数0.032~0.045 W/(m·K),青岛凤翔化工有限公司生产。
(5)粉煤灰:电厂Ⅱ级粉煤灰,细度21.5%,需水量比98%,烧失量6%。
(6)硅灰:粒径小于1μm的颗粒占80%以上,平均粒径在0.1~0.3μm,比表面积20~28 m2/g,活性指数≥85%,需水量比≤125%。
(7)焦磷酸钠(Na4P2O7·10H2O),分析纯,天津市光复精细化工研究所;硫酸亚铁(Fe SO4·7H2O),分析纯,天津市北辰方正试剂厂;有机酸(C4H4O4),分析纯,徐州索通生物科技有限公司;无水乙醇(C2H5OH),分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司。
(8)水:自来水。
1.2 试验仪器设备
(1)JJ-5型行星式水泥胶砂搅拌机,河北科析仪器设备有限公司。
(2)Y90S-4型三相异步电动搅拌机,河北桂硕机电设备制造有限公司。
(3)手动砂浆稠度仪:沉入深度0~14.5 cm,沉入体积0~229.3 cm3,天津建筑仪器厂。
(4)FX101-3型电热鼓风干燥箱:灵敏度±1℃,上海树立仪器仪表有限公司。
(5)BC-300S型电脑恒应力抗压抗折试验机:最大荷载10 000 N,精度等级为一级,北京恒应力科技有限公司。
(6)TCS电子衡器:最大称量100 kg,精度5 g,永康市香海衡器厂。
(7)JA21002电子天平:最大称量2100 g,精度0.01 g,上海精科天平仪器厂。
1.3 试件制作
本试验中抗压试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm,抗折试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。试件制作过程:先将卤片溶于水中形成Mg Cl2水溶液;将称量好的轻烧镁粉、玻化微珠、小麦秸秆、粉煤灰、硅灰等依次加入搅拌机中搅拌均匀,然后倒入Mg Cl2水溶液继续搅拌均匀,搅拌过程中,将称量好的焦磷酸钠、硫酸亚铁和有机酸倒入水中充分搅拌,使其完全溶解形成水溶液,倒入搅拌机中搅拌均匀后,将拌合物取出装模,在自然条件下养护24 h后脱模,继续在自然条件下养护至相应龄期后,取出部分试件进行强度测试,另一部分试件放入水中浸泡至相应龄期,再进行强度测试。
1.4 正交试验方法
试验共分10组,基准组Z0为不掺外加剂的空白试样,其余9组Z1~Z9为试验组,采用4因素3水平正交试验方法。保温砂浆的基本配合比为:n(Mg O)∶n(Mg Cl2)=7~9,秸秆掺量5%~15%,玻化微珠掺量15%~25%,m(粉煤灰)∶m(轻烧镁粉)=1∶1。正交试验因素水平见表1,正交试验设计见表2。
注:外加剂的掺量均按占轻烧镁粉的质量计。
1.5 测试方法
(1)标准稠度需卤水量[6]参照JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中的稠度试验方法测试砂浆拌合物的砂浆的稠度,砂浆拌合物稠度达到45~55 mm时,此时所用卤水量为标准稠度需卤水量。
(2)抗压和抗折强度参照JGJ 70—2009和GB 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行测试。
(3)软化系数[7]测试方法:成型试件6块,在自然条件下养护28 d,取出3块测试其抗压强度或抗折强度R0,同时将剩余3块放入水中浸泡,试件间距20 mm,水面至少超过试件10mm,浸泡28 d后,取出试件擦干表面,立即测试其抗压强度或抗折强度Rw,Rw与R0的比值即为其软化系数K。
(5)质量损失率[7]测试方法:将试件养护28 d后,称取其浸水之前的质量W0,然后将试件放入水中浸泡28 d,取出试件放入烘箱中,在80℃烘干至恒重并称取质量Ww,按照式(1)计算试件的质量损失率。
(6)强度衰减速率[7]测试方法:将试件在空气中养护28 d后,放入水中浸泡7 d和28 d后分别测试强度Rw7和Rw28,按式(2)计算强度衰减速率Kr。
2 试验结果与分析
2.1 不同外加剂及其掺量对砂浆标准稠度需卤水量的影响
在试验过程中发现,砂浆对水的敏感度很高,另因为规范中对稠度有要求(沉入量45~55 mm),因此将砂浆达到标准稠度时所用的卤水量作为指标进行记录。图1为不同外加剂及其掺量对砂浆标准稠度需卤水量的影响。
由图1可以看出,各试验组(Z1~Z9)试件的标准稠度需卤水量均明显低于基准组(Z0),基准组Z0的标准稠度需卤水量为263.5 m L,Z9组的标准稠度需卤水量最少,比基准组降低了14%。分析其原因,外加剂中的硅灰作为密实剂,填充了部分砂浆骨料间的空隙,同时外加剂的加入使得砂浆中生成一定量的难溶于水的凝胶体,堵塞了砂浆中的毛细孔道,改善了内部的孔结构,减小了孔隙率,从而降低了标准稠度需卤水量。
2.2 不同外加剂及其掺量对砂浆强度的影响
不同外加剂及其掺量对砂浆自然养护抗压强度的影响见图2,对砂浆浸水养护抗压强度的影响见图3。
由图2可以看出,在自然养护条件下,基准组(Z0)试件3、7、28 d龄期时的抗压强度分别为2.91、3.32、3.82 MPa;掺入外加剂后,各组试件抗压强度要明显高于基准组,除Z3组外,其余各试验组试件3 d抗压强度均提高了50%以上。3 d抗压强度最高的2组为Z5和Z7,分别达到8.95和9.91 MPa,分别为Z0组试件的3.08倍和3.41倍;除Z1组外,其余各组试件7 d抗压强度较其自身3 d强度均有明显提高,其中Z5、Z7、Z9组试件7 d强度分别达到12.55、13.05、12.36 MPa,分别为Z0组试件的3.78倍、3.93倍、3.72倍;Z7和Z8组试件的28 d抗压强度最高,分别达到15.27和15.17 MPa,约为Z0组的4倍。
由图3可以看出,在浸水养护条件下,浸水7 d后试件抗压强度都会迅速下降,原因可能是保温砂浆在水中浸泡过后,其内部各类水化产物发生不同程度的水解,导致其内部结构变得疏松多孔;试件在水中浸泡过后,其强度在浸水7 d时下降幅度最大,之后强度仍会逐级下降,但下降趋势趋于缓和;基准组(Z0)试件浸水7、28、60、90 d后的抗压强度分别为2.63、1.92、1.68、1.29 MPa,Z1~Z9组试件浸水后不同龄期抗压强度均超过基准组的2倍,其中强度表现最好的是Z7组,浸水7 d抗压强度达到10.96 MPa,是基准组的4.2倍,浸水90 d时强度仍能达到8.40 MPa,为基准组试件浸水90 d强度的6.5倍。
不同外加剂及其掺量对砂浆自然养护抗折强度的影响见图4,对砂浆浸水养护抗折强度的影响见图5。
由图4和图5可以看出,不同外加剂及其掺量对砂浆抗折强度的影响规律与抗压强度大致相同,值得注意的是,掺入外加剂后,在自然养护条件下,各试验组试件的抗折强度的增长幅度较其抗压强度更为明显,浸水7 d时试件的抗折强度会急剧下降。
2.3 不同外加剂及其掺量对砂浆软化系数的影响
由于氯氧镁水泥硬化体浸水后的直接表现就是强度随下降。在水中保持强度不降低的能力可以直接评价其耐水性。不同外加剂及其掺量对砂浆软化系数的影响见图6。
由图6可以看出,掺入外加剂后,砂浆的耐水性能得到了一定程度的改善,抗压强度软化系数均得到不同程度的提高,其中Z7组的抗压强度软化系数最高为0.66,相比基准组的软化系数提高了32%;各试验组抗折强度软化系数在基准组水平上下浮动,但变化幅度不大,抗折强度软化系数最高为Z2组的0.53。
2.4 不同外加剂及其掺量对砂浆质量损失率的影响
由于硬化体水化产物水解后形成的离子从试件中溶出使其质量减少,孔隙率增加,强度下降。因此,可以用浸水后试件的质量损失率来表征材料的耐水性。不同外加剂及其掺量对砂浆质量损失率的影响见图7。
由图7可以看出,基准组试件的质量损失率为6.75%,掺入外加剂后,各试验组试件的质量损失率均有不同程度的降低,Z2、Z3、Z8、Z9组试件的质量损失率略低于基准组但降低幅度并不明显;其余各组试件的质量损失率明显低于基准组,其中Z1和Z4质量损失率最低,分别为5.28%和5.22%。
2.5 不同外加剂及其掺量对砂浆强度衰减速率的影响
氯氧镁水泥硬化体在水中强度衰减与其在水中浸泡的时间有关,其强度随时间按指数规律变化。软化系数与时间的关系遵循K=Rw/R0=e-Krt,其中Kr为强度随时间的衰减速率,它的数量越小,表明强度在水中的保留率越大,反之则越小。Kr与浸水时间无关,它是材料的本征性能。图8为不同外加剂及其掺量对砂浆强度衰减速率的影响。
由图8可以看出,对于抗压强度衰减速率,基准组抗压强度衰减速率为-2.25%,加入外加剂后,各试验组抗压强度衰减速率均明显小于基准组,其中Z8组最小,达到-0.40%,相比于基准组提高了82%;对于抗折强度衰减速率,除Z3组外,其余各组衰减速率相比于基准组均有不同程度的降低,其中,最小达到-0.05%(Z7组),相比于基准组提高了96%。
2.6 外加剂的最优掺量
采用多指标极差分析的方法,通过对正交试验结果中的28 d抗压强度、抗压强度软化系数、质量损失率以及抗压强度衰减速率等4个指标进行极差分析,确定单独考虑各指标时不同外加剂影响大小的主次顺序以及最优掺量水平,最后综合平衡确定各外加剂的最优掺量。
正交试验结果见表3,极差分析结果见表4。
由表4可以看出:
(1)对于因素A,其对28 d抗压强度的影响大小排在第1位,水平取A3;其对抗压强度软化系数的影响大小也排在第1位,水平取A1;但取A3时,28 d强度是取A1时的近2倍,抗压强度软化系数比取A1时提高了8%,抗压强度衰减速率比取A1时提高了40%,而质量损失率比取A1时略有增加,故因素A水平选A3。
(2)对于因素B,其对质量损失率和抗压强度衰减速率的影响排在第1位,对28 d抗压强度影响排在第2位,对抗压强度软化系数的影响排在第3位(为次要因素),水平取B1或B2;取B2时,质量损失率与取B1时接近,但其余3项指标均优于取B1时的指标,故因素B水平选B2。
(3)对于因素C,其对抗压强度软化系数的影响大小排在第2位,水平取C3,对其它3项指标均为次要因素,故因素C水平选C3。
(4)对于因素D,其对4项指标均为次要因素,从长期性能考虑,因素D水平选D2。
由此确定4种外加剂掺量最优组合为A3B2C3D2,即焦磷酸钠、硫酸亚铁、有机酸、硅灰的掺量分别为1.0%、0.7%、2.0%、7.5%。
2.7 最优配比试验
根据最优组合A3B2C3D2制作试件并测试其性能,试件3 d抗压强度为9.91 MPa,28 d抗压强度为15.27 MPa,浸水28 d抗压强度为10.13 MPa,浸水90 d抗压强度为8.40 MPa,抗压强度软化系数为0.66,质量损失率为5.54%,抗压强度衰减速率为-0.57%,各项性能均较基准组试样有明显提高。
3 结论
(1)正交试验结果表明,外加剂的掺入能有效减少氯氧镁水泥基复合保温砂浆的标准稠度需卤水量,可以有效提高氯氧镁水泥基复合保温砂浆的强度及耐水性能;抗压强度软化系数由基准组的0.50提高到0.66。
(2)由极差分析结果可以得出,4种外加剂的最优组合为A3B2C3D2,即焦磷酸钠1.0%、硫酸亚铁0.7%、有机酸2.0%、硅灰7.5%,根据最优组合制作的试件各项性能均明显优于基准组。
摘要：采用正交试验方法研究了焦磷酸钠、硫酸亚铁、有机酸、硅灰4种不同外加剂及其掺量对氯氧镁水泥基复合保温砂浆耐水性能的影响。结果表明:外加剂的掺入能够明显改善氯氧镁水泥基复合保温砂浆的耐水性能,4种外加剂的最优掺量分别为:焦磷酸钠1%、硫酸亚铁0.7%、有机酸2.0%、硅灰7.5%,基于最优掺量所制备试件的3 d、28 d、浸水28 d、浸水90 d抗压强度分别为9.91、15.27、10.13、8.40 MPa,抗压强度软化系数达到0.66,质量损失率为5.54%,抗压强度衰减速率为-0.57%。
关键词：氯氧镁水泥,复合保温砂浆,正交试验,外加剂,耐水性能
参考文献
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氯氧镁水泥人造板半干法热压成型 篇4
氯氧镁水泥虽然有随湿度的提高和时间的推移而不断降低的化学稳定性能,但只要有合理的配合比设计,采用改性和封堵结构毛细通道、填充结构空穴等方法,并在相对湿度较低的环境中使用,氯氧镁水泥仍然不失为一种良好的无机胶凝材料。
本文从氯氧镁水泥配合比设计开始,将游离态氯化镁降低到最低限度;在满足配合比设计的基础上,采用半干法热压成型工艺生产氯氧镁水泥人造板,使氯氧镁水泥吸潮返卤的本质不能表达,以激发对氯氧镁水泥处于两难抉择企业的信心。
2 氯氧镁水泥配方
氯氧镁水泥配方,首先是配合比设计,然后是外加剂和活性混合材的有效利用。
2.1 配合比设计
配合比设计的目的是提高氯氧镁水泥参与反应的各组分材料的水化反应程度,这样水化反应底物和水化反应产物之间就应该存在着严格的数量和比例关系。
我国杰出的镁水泥专家祝志雄工程师提出的按氯化镁溶液浓度决定需液量的配料公式,揭示了氧化镁(MgO)、氯化镁(MgCl2)和水(H2O)三元体系的氯氧镁水泥水化反应底物和水化反应产物的数学关系。祝志雄指出:如果反应底物轻烧氧化镁重量为m、活性氧化镁含量为α;氯化镁溶液重量为Q,百分比浓度为β,则:
这一公式是假设不存在与外界进行物质交换的封闭系统中的理论配料公式。笔者发表在中国菱镁行业协会2013年年会会刊上的《吸潮返卤是氯氧镁水泥的本质》文章指出:3.9%的游离态水是氯氧镁水泥解离的临界含水率[1]。这样祝志雄的氯氧镁水泥理论配料公式就可结合实际生产情况进行深化,得出:
例如采用半干法热压成型工艺生产氯氧镁水泥人造板,可取氯化镁溶液浓度为24%(25°Be′),如果轻烧氧化镁活性含量为60%,100kg轻烧氧化镁的需液量为:
67.437 kg<Q<76.494 kg
只要游离态水低于3.9%,可取Q为76 kg。
需液量由Q1增加到Q2配料,就有(Q2-Q1)的溶液过剩,但水化反应仍然能正常进行。在半干法热压成型中,由于采用的热压温度较高,脱模后板坯表面存在着水分蒸发现象,氯化镁溶液浓度就要随水分的蒸发不断提高,需液量就要加大。但是配料所选择的氯化镁溶液浓度H2O/MgCl2=16.766>13,氯化镁溶液浓度在水化反应中上升到最大值后就要开始下降;而轻烧氧化镁在活性氧化镁参与反应后,轻烧氧化镁的活性含量就要降低。这种双重现象使需液量下降很快,反应速度减慢,反应时间延长。以无穷递缩几何级数降低的氯化镁溶液浓度,在凝胶态氢氧化镁转化为结晶态氢氧化镁后,剩下的则是不能参与反应的低浓度氯化镁溶液。正如我国理论镁水泥专家邓德华教授所说,氯氧镁水泥中要使游离态氯化镁含量为零是不可能的。运动是物质的存在方式,笔者根据水化反应中β、α的变化列出函数式,经运算证明β=0是不可能的。因此,氯氧镁水泥配合比设计,只能将游离态氯化镁降低到最低限度。
2.2 外加剂
外加剂的种类很多,有磷酸和磷酸盐、硫酸盐、表面活性剂、减水剂、疏水剂、消泡剂、夏天用缓凝剂、冬天用速凝剂,等等。根据笔者的经验,外加剂以活性氧化镁的重量为基数计算比较准确;在磷酸盐中,六偏磷酸钠的综合效果较好。
2.3 活性混合材
活性混合材是指具有键合力弱的硅氧四面体、铝氧四面体的人工火山灰质材料或天然火山灰质材料,主要有粉煤灰、酸性矿渣、硅灰、硅藻土、浮石粉等。火山灰质材料应磨细至325目,有利于活性发挥。人工火山灰质材料在800℃左右煅烧活性较高,但要收购到这样的火山灰质材料(特殊加工例外)是比较困难的,只要人工火山灰质材料没有全部转化为莫来石,经处理后,火山灰活性仍然能发挥出来。
3 半干法热压成型
3.1 湿料法辊压成型工艺的缺陷
按前面的例子,如果活性氧化镁含量60%的轻烧氧化镁100 kg需液量浓度为24%的氯化镁溶液76 kg,采用湿料法辊压成型工艺生产增加植物纤维的氯氧镁水泥防火板(人造板),显然是无法成型的。而要成型,只有加大需液量。现在采用湿料法辊压成型工艺生产氯氧镁水泥防火板,大多采用氯化镁溶液浓度为21°Be′～23°Be′,MgO/MgCl2摩尔比为6～8。用这样的配合比设计生产的防火板,游离态氯化镁的含量自然很高。例如采用22°Be'(20.39%)氯化镁溶液浓度,按MgO/MgCl2为7个摩尔比,活性氧化镁含量为60%的轻烧氧化镁100 kg的需液量为99.409 kg.根据前面的公式计算,Q,=54.911 kg、Q2=62.891 kg,即使按Q2配料,也要多出36.518kg氯化镁溶液。H2O/MgCl2=20.671>13。这样低浓度的氯化镁溶液,不但水化反应的需液量少,就是在水化反应中,由于水分蒸发出现的氯化镁溶液浓度的极大值,也是很低的;而迅速降低的氯化镁溶液浓度就要使水化反应速度减慢,水化反应时间延长。按照质量作用定律,水的有效质量大,和氧化镁生成氢氧化镁的速率较大。由于邻近效应的作用,凝胶态氢氧化镁很快就转化为结晶态氢氧化镁,剩下的则是大量低浓度的氯化镁溶液。所以,湿料法辊压成型工艺生产的氯氧镁水泥防火板吸潮返卤是不可避免的。我国采用湿料法辊压成型工艺生产的防火板解决不了吸潮返卤问题,其根本原因就在这里。要克服湿料法辊压成型工艺的缺陷,只有采用半干法热压成型工艺。
3.2 搅拌
氯氧镁水泥净浆通过高速搅拌机搅拌,只要是生产过氯氧镁水泥防火板的企业,都有这种经验。可净浆和植物纤维混合,就不能借鉴有机胶合板的施胶方法。例如摩擦法,摩擦法是靠相互摩擦使胶液分散在植物纤维表面,一般高速拌胶机可以实现;再例如喷雾法,喷雾法是利用空气压力作用,使胶液通过喷嘴雾化,然后喷到呈悬浮状态的植物纤维上。有机胶合板的施胶方法是使有机胶附着在植物纤维表面,不能用于净浆和植物纤维混合。
经高速搅拌的氯氧镁水泥净浆和易性良好,但毕竟是氯化镁溶液和轻烧氧化镁的混合物。植物纤维的吸附能力很强,净浆若只附在植物纤维表面,植物纤维很容易吸满净浆中的氯化镁溶液,不但改变了氯氧镁水泥的配合比,而且植物纤维中未参与水化反应的氯化镁溶液还留下了吸潮返卤的隐患。笔者发表在中国菱镁行业协会2013年年会会刊上的《吸潮返卤是氯氧镁水泥的本质》文章中指出:只有通过碾轮机混合,才能使植物纤维吸满的不是氯化镁溶液,而是氯氧镁水泥净浆。因为碾轮具有松解植物纤维的作用,在松解中通过碾轮的压应力使氯氧镁水泥净浆挤压进植物纤维内部[21。半干料只有在碾轮的松解作用下才能混合均匀,混合均匀的半干料是生产热压成型人造板的重要条件。
3.3 铺装
半干料和生产有机胶合人造板的干料不同,生产有机胶合人造板干料可以采用气流铺装。干料气流铺装的优点是可以达到分选和铺装二个目的,对生产力学性能优良的渐变结构板很有作用。半干料之间的吸附能力强,气流无法分离,只能采用机械铺装。
机械铺装首先通过左右螺旋推进器使从碾轮机输送来的集中半干料在横向上均匀铺放,然后通过带有一定角度的刺辊一层一层地铺平。虽然铺放设备比较复杂,但不这样就难以铺装均匀。最近我们正在考虑研发多螺旋并联挤压铺装装置,如果这一工艺研发成功,不但铺装时进行了预压,而且铺装效率将大幅度提高。
3.4 热压
由于半干料不存在玻璃纤维布,只是植物纤维碎料人造板存在三维分布的短切玻璃纤维。只要有二台压力机并联,一台压力机热压时,另一台压力机进板坯,就可以实现连续生产。板坯由送板装置送进多层压力机,就可以进行热压。热压温度视板坯的组分材料而定;热压时间视板坯厚度而定。一般来说,厚度规控制生产的板材厚度越厚,热压时间越长;生产氯氧镁水泥人造板比生产镁质硫铝酸盐水泥人造板热压时间要短些。例如生产10 mm厚人造板,氯氧镁水泥人造板热压8min～10min就可以脱模,而镁质硫铝酸盐水泥人造板则要热压10min～12min才能脱模。
3.5 养护
板坯脱模后,必须进行自然养护。氯氧镁水泥最大特点是水化反应放热集中。从热压机中出来的板坯脱模后温度还很高,加上水化反应的自身放热,降温时间较长。但只要散热量大于水化反应的放热量,板坯就可以降温。散热量大于水化反应的放热量越多,降温也就越快。只要控制板坯降温速度在一个合适的范围内,生产的人造板就比较稳定。一般来说,氯氧镁水泥人造板板坯降温至30℃,并使本体温度控制在30℃～40℃继续进行水化反应,这样的人造板力学性能较好。
3.6 后处理
板坯自然养护完成后,就可进行后处理。锯边,生产氯氧镁水泥人造板素板。需要进行装饰的,还需打磨,贴面装饰生产宝丽板;或喷涂,生产华丽板。
4 板材检测
氯氧镁水泥人造板经过14天后,就可进行检测。检测的项目主要有抗折强度、冲击强度、软化系数、湿胀率、含水率、吸水率、螺钉握紧力、游离态氯离子含量、吸潮返卤等。
4.1 抗折强度
氯氧镁水泥人造板是热压作用下植物纤维自胶接和无机胶粘双重效果迭加的板材,只是植物碎料板增加了三维(3D)分布的短切玻璃纤维,板材在任何方向力学性能都相同,属于各向同性复合材料。由于三维分布的纤维取向系数为1/5,板面抗折强度显然低于板面存在玻璃纤维布的玻镁平板(防火板)。玻镁平板是湿料在轧辊作用下和二表面玻璃纤维布辊压成型的,沿玻璃纤维布二维正交方向建立笛卡儿空间坐标,由于玻璃纤维布布置在板面承受弯曲应力的最大弯曲拉应力处和最小弯曲切应力处,在x、y方向上具有较大的抗折强度,在z方向则抗折强度很低,属于各向异性复合材料。因此,氯氧镁水泥人造板和玻镁平板在力学性能上没有多大的可比性。氯氧镁水泥人造板的抗折强度不能以JC688-2006《玻镁平板》或JG/T414-2013《建筑用菱镁装饰板》为检测依据标准,而应以复合材料结构相似的标准为依据,如:JC/T411-2007《水泥木屑板》、GB/T24312-2009《水泥刨花板》。
4.2 其它物理力学性能
由于氯氧镁水泥人造板是热压成型的,板材孔隙率小、密实度高,因而干缩率、湿胀率、含水率、吸水率低于同等植物纤维掺量的玻镁平板,软化系数则高于同等植物纤维掺量的玻镁平板。更由于氯氧镁水泥人造板尤其是植物碎料人造板增加了高弹性模量三维分布的短切玻璃纤维,握螺钉力、冲击强度高于缺乏植物纤维自胶接的玻镁平板。
4.3 氯离子含量和吸潮返卤
氯离子含量和吸潮返卤是氯氧镁水泥人造板的检测项目。
氯氧镁水泥无论怎样配比,游离态氯化镁总是存在。氯化镁是极易潮解的物质,潮解后的氯化镁在水中发生电离产生氯离子,是吸潮返卤的基础。吸潮返卤是氯化镁析出板材表面发生潮解的表现形式。曹永敏工程师认为,游离态氯离子含量低于8.7%,制品就不会吸潮返卤;余红发教授认为,游离态氯离子含量低于0.19%才不会出现吸潮返卤。这二者判定的数据不同,只是检测方法的差异。但却反映了一个共同的规律,游离态氯离子的存在并不等于吸潮返卤。笔者认为,氯氧镁水泥吸潮返卤本质的表达就像病变基因的表达一样,取决于内环境和外环境。内环境主要有游离态氯离子含量的多少,改性和封堵结构毛细通道、填充结构空穴的程度;外环境取决于相对湿度的高低。和湿料法辊压成型工艺生产的氯氧镁水泥防火板不同,半干法热压成型工艺生产的氯氧镁水泥人造板是合理配合比生产的,游离态氯离子含量很低;又是热压成型,结构密实,孔隙率小;加上改性和封堵结构毛细通道、填充结构空穴。氯氧镁水泥人造板提高了对湿度的承受能力,具有优越的内环境。如果在相对湿度较低的环境(例如室内)使用,这种双保险的作用,氯氧镁水泥吸潮返卤的本质就不会表达。我国幅员辽阔、建筑林立,相对湿度较低的环境对氯氧镁水泥人造板的需求量同样是很大的。
5 结语
氯氧镁水泥吸潮返卤的弊端严重地侵蚀着我国的菱镁企业,使这些企业徘徊在欲进不能、欲退不忍的艰难茫然中。氯氧镁水泥较高的物理力学性能具有极大的诱惑力,对于这根嚼之有味、弃之可惜的“鸡肋”无法作出正确的抉择,其理由是国外的氯氧镁水泥的应用搞得很活跃。但是他们是否了解国外的氯氧镁水泥的配比技术和生产工艺。据王玉庆、杨俊英翻译的美国威廉·L·普赖尔《无机胶凝水泥及其制造工艺》介绍,国外生产氯氧镁水泥制品,一是采用高浓度氯化镁溶液;二是半干法热压成型[3]。而我国采用的是低浓度氯化镁溶液湿料法辊压成型。这样无论在配合比设计上还是生产工艺上都无法避免氯氧镁水泥吸潮返卤。笔者发表在中国菱镁行业协会2013年年会会刊上的《根治镁水泥吸潮返卤的方法是不用氯化镁》[4]、《吸潮返卤是氯氧镁水泥的本质》文章,并没有否定氯氧镁水泥,因为“根治”和“避免”是两个不同的概念。只要有合理的配合比设计,只要有满足配合比设计的半干法热压成型工艺,氯氧镁水泥吸潮返卤的本质就可以控制在不表达状态,氯氧镁水泥吸潮返卤的弊端是完全可以避免的。
参考文献
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氯氧镁水泥 篇5
粉煤灰是指火力发电厂煤粉燃烧后排出的粉体废料。随着现代混凝土的发展,粉煤灰的角色已经从堆放的垃圾变成一种必不可少的混凝土及水泥制品掺合料。粉煤灰加入水泥中不仅可以减少污染,节约资源和降低成本,而且粉煤灰具有形态效应、填充效应和火山灰效应,研究人员发现适量的粉煤灰掺入到水泥及混凝土中对 其性能有 改善作用。袁承斌等将粉煤灰掺入混凝土,发现掺量15%的粉煤灰可以提高混凝土的和易性,降低孔隙率,提高其强度[1]。张凤春等将粉煤灰掺入硅酸盐水泥混凝土中,发现掺入粉煤灰后可以改善混凝土的抗冻性和提高其抗化学侵蚀的能力[2,3]。皱闯等将专用减水剂和粉煤灰复合掺入混凝土中,使混凝土的耐磨性明显改善[4]。
与普通硅酸盐水泥不同,氯氧镁水泥是一种早强快硬气硬性胶凝性材料,具有高强、防火、防腐、防虫害等特点,已被大量应用于建筑材料之中[5]。由于其凝结硬化速度过快,给路面施工造成了一定的困难,况且氯氧镁水泥的耐水性差,暴露在空旷的环境中,很少有研究者将其大规模应用于道路上。青海等地由于气候、水文、地质条件复杂多变,由普通硅酸盐等水泥混凝土铺筑的道路往往由于恶劣的环境,过早地出现病害甚至严重到不能通车,不仅给当地行车造成了极大的困难,而且也造成了巨大的经济损失。根据氯氧镁水泥在道路工程的应用研究,本实验研究了用粉煤灰部分取代轻烧菱镁石粉的氯氧镁水泥在高寒地区青海省道路应用的可行性。为了分析其可行性和研究其影响机理,主要研究了粉煤灰对氯氧镁水泥凝结时间、强度、耐水性和耐硫酸盐的影响,以期合理高效地利用粉煤灰和推动氯氧镁水泥的应用和发展。
1 实验
1.1 原材料
砂:级配良好的中砂,细度模数2.68,表观密度2.62g/cm3。轻烧菱镁石粉:氧化镁含量大于81%,其主要成分见表1。氯化镁:工业镁盐,含6个结晶水,氯化镁含量大于45%。粉煤灰:一级粉煤灰,需水比92%,比表面积400m2/kg,其主要化学成分见表2。硫酸盐:分析纯无水硫酸钠,含量大于99.5%。水泥:冀东水泥厂生产的P.O.425。
1.2 试验方法
室温下,按n(MgO)∶n(MgCl2)∶n(H2O)=7∶1∶18称取原料,实验前1h将氯化镁溶解于水中配制成一定浓度的卤液,并搅拌使其充分溶解,然后静置备用。实验时将称量过的轻烧菱镁石粉加入到称量的过卤液中,并搅拌均匀制得氯氧镁水泥。
本实验研究粉煤灰(采用内掺法,掺量分别为0、10%、20%、30%、40%)对氯氧镁 水泥性能 的影响。凝结时间 按GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试,采用维卡仪测定 氯氧镁水 泥初、终凝时间。对每种粉煤灰掺量的氯氧镁水泥按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型砂浆试件,拆模后将试件放于空气中养护28天。测试每组掺量的28天强度;将剩余养护28天后的试件分别置于清水和10%的硫酸钠溶液中浸泡28天,同时将普通硅酸盐水泥作为对照组(水灰比为氯氧镁水泥中水与轻烧粉的质量比),之后测试各组氯氧镁水泥的抗折、抗压强度,测其耐水系数、耐硫酸盐系数,并对浸水和浸硫酸盐后的试件进行微观形貌扫描电镜。
2 结果及讨论
2.1 初、终凝时间
图1为粉煤灰掺量对氯氧镁水泥的初凝和终凝时间的影响。
从图1(a)、(b)可以看出,掺入粉煤灰会延长氯氧镁水泥的凝结时间,且掺量越大,延长的幅度越大。当掺量从10%升至40% 时,初凝时间 分别延长 了5%、9.3%、17.3%、26.5%,终凝时间 分别延长 了8.5%、15.4%、24.7%、42.5%。同时氯氧镁水泥的初、终凝时间与粉煤灰的掺入量呈线性关系,相关系数R2均在0.9以上。分析原因是在氯氧镁水泥胶凝体系中,粉煤灰等质量取代菱镁石粉后,使得体系反应物的活性降低,水化反应的速率降低,所以需要更长的时间完成凝结和硬化[6]。这在一定程度上缓解了氯氧镁水泥凝结硬化过快的特点,有利于现场施工。而且粉煤灰的加入也分散了热量的集中排放,能够改善氯氧镁水泥的变形[7]。虽然粉煤灰的掺入延长了初终凝时间,但掺量即使达到40%,也满足普通硅酸盐水泥初凝大于45min、终凝时间小于10h的要求[8]。
2.2 强度分析
图2为粉煤灰掺量对氯氧镁水泥28天抗折强度和抗压强度的影响。
由图2可以看出,随着粉煤灰掺量的增加,氯氧镁水泥的抗折和抗压强度均呈现出先减小 后增大再 减小的趋 势。掺20%粉煤灰的氯氧镁水泥的28天强度甚至超过基准样的强度。其抗折强度和抗压强度分别较基准增加了2.59%和4.11%。虽然增加的幅度不大,但是足以说明在合适的掺量下粉煤灰确实能提高氯氧镁水泥的后期强度,这一变化规律与粉煤灰掺入普通硅酸盐水泥中基本相似,但机理却大为不同。粉煤灰增强了普通硅酸盐水泥的强度主要是因为粉煤灰的火山灰效应和微集料效应。粉煤灰中的活性成分SiO2和Al2O3与水泥的水化产物发生二次水化反应,形成的水化产物分割大孔,使孔结构细化以及合理化。而粉煤灰掺入氯氧镁水泥中其作用主要是微集料效应,主要是分散于氯氧镁水泥浆体中,增加界面的接触紧密程度来达到硬化体机构的强度[9]。
为了研究其强度增长的真正原因,对掺粉煤灰的氯氧镁水泥和基准样进行扫描电镜微观形貌分析,图3为不掺粉煤灰(a)和掺加20%粉煤灰(b)镁水泥的扫描电镜图。对比分析图3(a)和图3(b)可以看出,不掺粉煤灰的氯氧镁水泥虽然在接触点留下较多的孔洞,结构不太致密化,但其形成了大量的5·1·8凝胶相和板状结晶体结构,这两种结构互相连接形成网状结构仍然使其具备较高强度[10,11]。与基准样相比,掺入粉煤灰的氯氧镁水泥结构更加致密。
掺入过量的粉煤灰会降低氯氧镁水泥的抗折和抗压强度,但即使掺量达到40%,其强度依然很高,28天抗折强度和抗压强度分别为13.28 MPa和91.932 MPa,是对照组普通硅酸盐水泥强度的2倍(如图4所示)。
2.3 耐水性分析
图5为不同粉煤灰掺量的氯氧镁水泥在空气中养护28天,再置于清水浸泡28天后的抗折和抗压强度。
从图2和图5可以看出,氯氧镁水泥浸水之后的抗折强度和抗压强度与不浸水的相比都有一定程度降低。这主要是因为氯氧镁水泥在水中发生了水解,使其强度降低[12]。与掺粉煤灰不浸水的氯氧镁水泥相比,浸水后随着粉煤灰掺量的增加,其抗折强 度分别下 降49.9%、47.12%、55.02%、54.37%,抗压强度 分别下降35.83%、24.75%、34.76%、35.65%。
氯氧镁水泥的耐水性可用软化系数评价,软化系数K可表示为:
式中:R28为空气中养护28天的强度,R为养护28天再浸泡28天的强度。
不同粉煤灰掺量的软化系数见图6。从图6可以看出,随着粉煤灰掺量的增加,镁水泥的软化系数呈先减小后增大再减小的趋势,其中掺20%粉煤灰的氯氧镁水泥的软化系数高于基准样的软化系数。其抗折软化系数和抗压软化系数较基准分别增加了4.12% 和7.63%。虽然提高 的幅度不大,但足以说明粉煤灰可以改善氯氧镁水泥的耐水性。
对浸水之后的氯氧镁水泥基准样和掺20%粉煤灰的氯氧镁水泥试件进行电镜扫描试验,图7为掺20%粉煤灰和基准样氯氧镁水泥浸水之后的扫描电镜图。对比分析图7(a)和图3(a)可以看出,浸水之后氯氧镁水泥原本的板状晶体结构变为针杆状晶体,原本相互交联的网络晶体结构逐渐被溶解,削弱了晶体之间的粘附能力,并且孔隙率明显变大。这种晶体结构的变化使得氯氧镁水泥的强度降低[13,14,15]。对比分析图7(a)和图3(a)可以看出,掺入20%粉煤灰的氯氧镁水泥浸水后形成了大量的大孔隙,使得结构松散,强度降低得很快。
2.4 耐硫酸盐腐蚀性能
图8为掺粉煤灰的氯氧镁水泥经过清水浸泡和硫酸盐腐蚀之后的抗折强度和抗压强度。从图8可以看出,与气干养护下的氯氧镁水泥相比,硫酸盐浸泡之后,掺粉煤灰的氯氧镁水泥抗折强度和抗压强度也会有一定程度的降低,掺量从10% 升至40%,抗折强度 分别下降44.41%、40.29%、43.19%、46.60%,抗压强度 分别下降28.97%、21.46%、25.46%、28.48%。但与清水浸泡相比,抗折强度和抗压强度却有所提高,掺量从10%升至40%,抗折强度分别提高了10.97%、12.91%、26.30%、17.03%,抗压强度分别 提高了10.71%、4.36%、14.26%、11.14%,虽然大掺量粉煤灰的氯氧镁水泥强度下降幅度最大,但其强度依然是对照组普通硅酸盐水泥浸硫酸盐强度的1.5倍(如表3所示)。
从以上数据可以看出硫酸盐环境对氯氧镁水泥的耐水性有改善作用。分析其原因为硫酸盐与氯氧镁水泥中的水化产物反应生成了难溶于水的镁盐结晶化合物,这种化合物会覆盖在氯氧镁水泥水化产物表面,延缓了水分对水化产物的侵蚀[16]。此外石明霞等认为含粉煤灰等矿物的混凝土具有较好的抗硫酸盐腐蚀性能,主要是因为掺粉煤灰后,氯氧镁水泥的孔结构较细而且变得互不连通,硫酸根离子难以渗透[17]。
对掺20%粉煤灰的氯氧镁水泥经硫酸盐浸泡后进行扫描电镜(图9),对比图7(b)与图9可以看出,浸水后的氯氧镁水泥在粉煤灰和硫酸盐环境的共同作用下,原本浸水后的孔隙被针杆状的5·1·8相填充,并与5·1·8胶凝相相互交叉,形成网状结构。这种结构也是在硫酸盐环境下使氯氧镁水泥强度降低较小的又一原因。
3 结论
粉煤灰对氯氧镁水泥的作用和影响 篇6
关键词：粉煤灰,氯氧镁水泥,作用,影响
氯氧镁水泥,又称菱镁水泥、镁水泥、索瑞尔(Sorel)水泥,是用轻度煅烧菱镁矿(Mg CO3)粉磨而成的轻烧氧化镁粉(Mg O)和氯化镁溶液(卤水)调制而成的一种气硬性胶凝材料,其原料来源丰富,生产工艺简单,成本低,所得制品硬化快、强度高、表面光泽好,防火性能好,广泛用于制作防火板、防火门、玻璃纤维增强波瓦、代木包装材料、隔墙板、活动板房、农用大棚骨架、煤矿井下支架等。但是由于制品本身耐水性差严重阻碍了氯氧镁水泥的广泛应用,国内外学者提出了很多方法改善这种水泥的耐水性,本实验在这方面也作了大量的研究,结果发现粉煤灰就是一种很好的添加剂。
1 原材料选择
(1)Mg O辽宁大石桥,活性Mg O含量57%;
(2)卤块(Mg Cl2·6H2O)青海产,Mg Cl2含量为45%;
(3)粉煤灰辽宁阜新细度不应小于120目,材料干燥。
轻烧氧化镁粉和粉煤灰的主要化学成份如表1和表2所示。
2 实验过程
为了说明不同龄期、不同掺量粉煤灰对氯氧镁水泥制品强度的影响,我们只考虑粉煤灰单一因素。
在Mg O-Mg Cl2-H2O三元相图理论指导下,形成以5·1·8相为主要水化产物,确定实验的基本配比为Mg O:Mg Cl2:H2O=7.9:1:14.6(摩尔比),粉煤灰的掺量0~40%。
具体方法为:称取轻烧菱镁粉,粉煤灰搅匀,在称取氯化镁,水(室温),放入烧杯充分搅匀。最后把所有的原料放入每分钟120转的搅拌锅搅拌6分钟,在搅拌期间掺入减水剂(占轻烧菱镁粉1%)。然后浇注入Φ40mm×40mm×160mm的钢模成型,1d后脱模,在室内分别养护3d、7d、28d后进行强度实验。
3 结论及分析
对粉煤灰预掺15%的试样进行XRD分析,其结果如图3.1所示。从图中可以看出氯氧镁水泥的水化产物主要由5·1·8相以及少量未分解的Mg CO3、未反应的Mg O、中间相α-Si O2和莫来石等组成的。衍射图中α-Si O2和莫来石的特征峰主要由内掺的大量粉煤灰引入硬化体系中而引起的。
3.1 粉煤灰对氯氧镁水泥强度的影响
图2、图3分别是不同龄期、不同掺量的粉煤灰对抗压强度和抗折强度的影响。不同配比、不同养护龄期实测强度值从上述结果可以看出,随着粉煤灰加入量的增加,氯氧镁水泥的强度呈现逐渐下降的趋势。
当粉煤灰掺量为5%时,氯氧镁水泥制品材料的抗压强度和抗折强度基本保持不变;当粉煤灰掺量为10%~25%时,氯氧镁水泥制品材料的抗压强度下降幅度为20%左右,但基本上保持稳定,抗折强度下降25%左右;但当粉煤灰掺量为30%~40%时,抗压强度和抗折强度下降幅度较大。总的看来,在粉煤灰掺量在5%~25%范围内,氯氧镁水泥制品的强度逐渐降低,且降幅基本稳定在20%左右。
3.2 粉煤灰对氯氧镁耐水性的影响
图4是不同掺量的粉煤灰对软化系数的影响
从图4可以看出,随着粉煤灰掺量的增大,软化系数呈先增大后减小的趋势,在粉煤灰的掺量为20%时,抗压强度软化系数达到最大值。与不掺粉煤灰的空白样相比,在粉煤灰掺量达到20%时,抗压软化系数分别可提高12.5%。但是,当粉煤灰的掺量继续增大到30%时,软化系数甚至低于不掺粉煤灰的空白样。
3.3 粉煤灰的掺量对氯氧镁水泥体积稳定性的影响
将预先埋有测头的成型试样,在20±3℃、RH=(35±5)%的环境中养护28d后,测试其体积变化。图5是试样养护28d的自由膨胀率。
从图中可以看出:随着粉煤灰掺量的增加,试样28d的自由膨胀率基本呈线性关系减小的趋势。与不掺粉煤灰的试样相比,粉煤灰的掺量为20%和30%时,膨胀率从0.34%分别降到0.15%和0.095%,膨胀缩减率达56%和72%。
镁水泥体积变形大的两个主要原因是:(1)水化反应是体积膨胀的过程;(2)反应过程中的热变形。粉煤灰的加入对镁水泥体积稳定性的改善颇为显著,原因有二:第一,随着粉煤灰掺量的增大,实际氧化镁的用量相对减小,故水化产物减小,同时伴随的体积膨胀也减小,而且粉煤灰本身体积稳定,可充当惰性骨架的作用;第二,由于粉煤灰对镁水泥的延缓均化作用,使原本相对过于集中的水化反应分散,降低了掺加粉煤灰的镁水泥的反应热,从而减小试样的热变形。在菱镁材料中加入粉煤灰,除可以大大降低成本外,还有一个很重要的原因,那就是:粉煤灰自身具有大的比表面积和含有活性玻璃体等优良性能,能在菱镁材料中积极地参与反应。
通常粉煤灰要参与反应,应具备以下几个条件:一是接触性;二是高温、高压。但反应的水化速度慢,而后期强度却持续增长,这是由于镁水泥呈中碱性,且其反应属高放热反应,使得粉煤灰能在镁水泥中有效地参与反应,保证了菱镁制品后期强度不但不受损,反而呈上升趋势,这就解决了菱镁制品后期强度方面令人担忧的问题。
4 小结
①在氯氧镁水泥中加入粉煤灰后,由于5·1·8结晶相在粉煤灰颗粒周围或表面的附聚,使基体中的5·1·8结晶相的数量相对减少,并且改变了基体的孔结构,使氯氧镁水泥的抗压强度、抗折强度降低,但粉煤灰掺量为5%时,强度基本保持不变;粉煤灰掺量为5%~25%时,氯氧镁水泥制品的强度逐渐降低,但降幅基本稳定在20%左右。
②掺入粉煤灰后,显著提高了氯氧镁水泥的抗水性,与不掺粉煤灰的空白样相比,在粉煤灰掺量达到20%时,抗压软化系数可提高12.5%。
③随着粉煤灰掺量的增加,试样28d的自由膨胀率基本呈线性关系减小的趋势。与不掺粉煤灰的试样相比,粉煤灰的掺量为20%和30%的试样,膨胀率从0.34%分别降到0.15%和0.095%,膨胀缩减率达56%和72%。
参考文献
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[6]李波涛,韩敏芳.粉煤灰对氯氧镁水泥可行性分析[J].国际电力,1999(4).
氯氧镁水泥 篇7
玻璃纤维增强氯氧镁水泥(Glass fiber reinforced magne-sium oxychloride cement,GRMC)的水化产物5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O (简称5·1·8)和Mg(OH)2在大气环境中受CO2气体的影响,易发生碳化。Sorrell等[1]曾研究了20多组龄期为30 d～50 a的室外建筑物氯氧镁水泥砂浆的相组成,发现其碳化产物为氯碳酸盐Mg(OH)2·MgCl2·2MgCO3·6H2O(简称1·1·2·6)。Urwongse等[2]也指出,5·1·8或3Mg(OH)2· MgCl2·8H2O(简称3·1·8)与CO2气体发生碳化,碳化产物为1·1·2·6。夏树屏等[3]采用纯的3·1·8、5·1·8和Mg(OH)2,在流化床中通CO2分别碳化3 d、6 d和15 d,用红外光谱测得碳化产物为三水菱镁矿(MgCO3·3H2O)、水菱镁矿(4MgCO3 ·Mg-(OH)2·4H2O,简称4·1·4)和1·1·2·6;在空气中放置750 d后的氯氧镁水泥样品(配料n(MgO)∶n(MgCl2)分别为5∶1、4∶1、3∶1)的物相为1·1·2·6。余红发[4]指出,氯氧镁水泥在大气环境中稳定性差,易碳化为1·1·2·6、MgCO3·3H2O和MgCO3。研究表明,碳化会使GRMC的水化产物组成发生变化,但目前关于碳化如何影响氯氧镁水泥的微观结构及如何提高其抗碳化能力的研究较少。
本研究参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)对GRMC材料进行了快速碳化实验,研究了碳化对GRMC弯曲力学性能的影响,并借助X射线衍射仪和扫描电镜对碳化样品的水化产物组成和微观结构特征以及水泥基体碱度变化对纤维的影响做了分析,从而得出不同配比GRMC试件的碳化影响规律和抗碳化机理。
1 实验
1.1 原材料和配比
实验用轻烧氧化镁粉、氯化镁、玻璃纤维、木屑、复合抗水外加剂和矿渣(SG)同文献[5]。板材的配合比设计控制2个参数:活性MgO、MgCl2物质的量比为7,2层玻璃纤维布。其中,普通GRMC(编号CM)的轻烧氧化镁粉与木屑的质量比为1∶0.5,氯化镁溶液的波美度为21 oBe。改性GRMC(编号HP)在普通GRMC配比的基础上,双掺15%复合抗水外加剂和20% SG。
1.2 板材试件制备
板材试件的制备方法同文献[5],制作规格为305 mm×152 mm×8 mm[6]。
1.3 实验方法
1.3.1 碳化实验
碳化设备采用CCB-70A型混凝土碳化试验箱,参照标准GB/T 50082-2009[7],碳化实验条件为(20±5) ℃,相对湿度(70±5)% ,CO2浓度(20±3)%,碳化时间28 d。每个配比选取2个GRMC试件进行碳化实验。
1.3.2 弯曲强度测试
用DL-D-100 KN/5000 N电子万能试验机测定板材试件的弯曲荷载-挠度曲线,计算弯曲强度。测试时采用两点支撑,单点加载,支点跨距254 mm,加载速度40 mm/min。
1.3.3 微观结构分析
采用荷兰帕纳科公司的X’pert Pro型 X射线衍射仪进行物相组成分析, Cu Kα射线,管压40 kV,管流30 mA,扫描速度 4(°)/min,扫描范围(2θ) 5～80°。采用日本电子株式会社生产的JSM-5610LV低真空扫描电子显微镜观察试样的微观结构形貌,分辨率为3.5 nm,加速电压为20 kV,试样分析前表面喷金。
2 结果与讨论
2.1 碳化对GRMC弯曲力学性能的影响
图1是普通和改性GRMC在自然状态和快速碳化28 d后的弯曲应力-挠度曲线。
由图1可见,快速碳化28 d后,普通GRMC的初裂强度和初裂挠度降低,极限强度和极限挠度明显增大。这表明碳化提高了材料的极限强度,但同时使其挠度变大并变脆,容易开裂且极易变形。改性GRMC的初裂挠度和极限挠度几乎不降低,初裂强度反而增大,且比普通GRMC高出33%。计算表明,改性GRMC的初裂强度为极限抗弯强度的83%,说明其抗碳化能力较好,且不易开裂。此外,普通和改性GRMC即使经过28 d的快速碳化后,弯曲性能仍均满足美国AC386标准[8]规定的抗弯强度不低于4 MPa的要求。因此,GRMC的抗碳化性能比较好,而改性后的GRMC具有更好的抗碳化性能,完全可以应用于露天环境。
2.2 碳化对GRMC物相组成的影响
图2是普通和改性GRMC在自然状态和快速碳化28 d后的XRD图谱。由图2可见,自然状态下GRMC的主要物相为5·1·8和Mg(OH)2,快速碳化28 d后其主要物相为MgCO3、5·1·8和1·1·2·6。在CO2作用下,5·1·8因碳化转变为1·1·2·6,而Mg(OH)2碳化为MgCO3[2,9,10]。由此可见,物相组成的改变是导致快速碳化28 d后GRMC材料弯曲力学性能变化的主要原因。
图2中普通GRMC的1·1·2·6特征峰更强,说明普通GRMC更易被碳化。因此,掺加复合抗水外加剂和矿物掺合料可有效减缓氯氧镁水泥的碳化进程,提高其抗碳化能力。
2.3 碳化对GRMC微观形貌及玻璃纤维的影响
图3是普通GRMC快速碳化28 d后的SEM形貌,其中图3(a)是纤维表面形貌,图3(b)是基体的微观形貌。从图3(a)可以看出,纤维表面光滑,与水泥基体粘结良好,结构致密,纤维间的水泥基体仍然存在少量的5·1·8针棒状晶体。这说明普通GRMC碳化后不会造成纤维腐蚀,其原因在于碳化后GRMC基体的碱度降低,接近中性,中碱玻璃纤维在中性环境下的稳定性优于碱性环境[11,12,13]。由图3(b)可见,水泥基体形貌发生了明显变化,孔洞增多,表明碳化后5·1·8物相发生了分解,分解产物为1·1·2·6且分解产物中部分MgCl2被溶出和流失,可见普通GRMC碳化较为严重。
图4为改性GRMC快速碳化28 d后的SEM形貌,其中图4(a)为纤维表面形貌,图4(b)为基体形貌。从图4(a)可以看出,改性GRMC快速碳化28 d后的玻璃纤维表面光滑,无腐蚀现象,说明氯氧镁水泥碳化对中碱玻璃纤维无损害。从图4(b)可以看出,水泥基体主要由5·1·8针棒状晶体和凝胶体相互连生而成,这些凝胶体既有5·1·8凝胶,也有矿物掺合料、抗水外加剂与氯氧镁水泥之间形成的新水化产物,如2MgO·SiO2·aq凝胶[14]。与快速碳化的普通GRMC相比,改性GRMC碳化后仍然大量存在5·1·8针棒状晶体,这说明改性GRMC内部的5·1·8针棒状晶体水化产物性质发生了变化,其抗碳化能力显著增强。碳化主要影响氯氧镁水泥基体中的5·1·8相的稳定性,改性有助于提高GRMC中5·1·8的碳化稳定性。
3 结论
(1)碳化提高了普通GRMC的极限强度,但材料挠度变大并变脆,容易开裂且极易变形;主要水化产物5·1·8被碳化为1·1·2·6和MgCO3。碳化作用伴随MgCl2的溶出和流失,造成普通GRMC基体的孔洞较多,结构松散。普通GRMC的抗碳化能力差。
(2)经碳化后,改性GRMC的初裂挠度和极限挠度几乎不降低,初裂强度增大,比普通GRMC提高33%,为极限抗弯强度的83%,且不易开裂;基体中仅有少量的5·1·8针棒状晶体转化成1·1·2·6,水泥基体的微观结构未发生明显变化。改性GRMC的抗碳化能力较强。