木粉填充改性氯氧鎂水泥的研究★

郭德禹 薛 偉*

(東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

·建筑材料及應用·

木粉填充改性氯氧鎂水泥的研究★

郭德禹 薛 偉*

(東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

通過實驗，研究了不同粒徑的木粉在不同添加量下對氯氧鎂水泥水化過程、抗壓強度、抗折強度以及耐水性的影響，并對相應的實驗過程作了介紹，得出的實驗結果為更好的開發氯氧鎂水泥基復合材料奠定了理論基礎。

氯氧鎂水泥，木粉，水化，強度，耐水性

0 引言

氯氧鎂水泥(簡稱“MOC”)是一種“MgO—MgCl2—H2O” 三元體系組成的氣硬性膠凝材料，其主要成分為堿式氯化鎂，可以用通式Mgx(OH)Cl·nH2O 表示，它不同于普通硅酸鹽水泥[1,2]。因其于1867 年由法國人索瑞爾(Sorel)發明，又稱索瑞爾水泥[1-3]。

傳統的纖維增強復合材料是由聚丙烯纖維、玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維或碳纖維等化學纖維組成，它們一般都存在著耗能大、造價高、污染環境等問題[4]。而隨著人民生活水平的日益提高，環保意識的增強，天然植物纖維作為纖維增強材料越來越得到了相關行業專家學者的關注。作為天然纖維來源之一的木質剩余物在工業生產中往往被視為廢棄物而大量焚燒，既浪費資源又污染了環境，不能得到有效的利用。制備水泥基植物纖維復合材料是一種有效利用木質剩余物的途徑[4,5]。植物纖維作為氯氧鎂制品的填充增強材料具有減輕材料的自重，提高材料的保溫、隔熱性能和抗沖擊強度等功能。

本文主要研究不同粒徑的木粉在不同添加量下對氯氧鎂水泥水化過程、抗壓強度、抗折強度以及耐水性的影響。為更好的開發氯氧鎂水泥基復合材料提供了一定的理論基礎，同時為木質剩余物的有效利用提供了新的途徑。

1 實驗部分

1.1 原材料

1)氧化鎂(MgO)：本次實驗采用的氧化鎂是由遼寧某公司生產的85粉，采用水合法[6]測定了MgO的含量為82.32%，活性氧化鎂的含量為62.20%，燒失量6.01%。

2)氯化鎂(MgCl2):本次實驗采用的氯化鎂是由遼寧某公司生產的無水氯化鎂，采用滴定實驗法[7]測定了MgCl2的含量為97.42%，用蒸餾水配置成22波美度的鹵水。

3)木粉的處理制備：本實驗制備的木粉粗細度在80目～10目之間，為楊木樹種。使用前對木粉進行干燥處理，干燥箱溫度控制在80 ℃±5 ℃之間[8]，干燥時間8 h。

1.2 方法

本實驗基礎配方中MgO與MgCl2的摩爾配比為7∶1。實驗過程中，將不同粒徑的木粉按不同的添加量填充到氯氧鎂水泥基體中，制備木粉/氯氧鎂水泥復合材料試件。使用電子萬能試驗機測試試件的抗壓強度、抗折強度，使用TAM Air微量熱儀[9]測定氯氧鎂水泥的水化放熱速率曲線。

2 結果分析與討論

2.1 木粉對氯氧鎂水泥水化的影響

將通過20目篩網而留在40目篩網上的木粉按基礎配方中氧化鎂有效含量的20%添加到基礎配料中進行混合攪拌，待充分攪拌均勻后，將攪拌均勻的混合物置入到恒溫槽中，在22 ℃的恒溫環境中連續24 h跟蹤觀察水化溫度的變化，實驗結果見圖1。

文靜、余紅發等[10]指出氯氧鎂水泥的水化放熱過程可劃分為5 個階段，分別為起始期(OA)、誘導期(AB)、加速期(BC)、減速期(CD)和穩定期(DE)。 由圖1可知，添加木粉后氯氧鎂水泥的水化放熱曲線與純氯氧鎂水泥的水化放熱曲線相比變化趨勢基本保持不變，最高水化溫度由87.1 ℃降為60.8 ℃，降低了16.3 ℃，達到最高水化溫度的時間基本維持在10 h左右。添加木粉后氯氧鎂水泥水化歷程中起始期、誘導期、加速期所消耗的時間與純氯氧鎂水泥在這三個水化階段所消耗的時間基本相同，在減速期的放熱速率與純氯氧鎂水泥放熱速率相比更加趨于平緩，在穩定期的溫度比純氯氧鎂水泥降低了2 ℃左右。

2.2 木粉對氯氧鎂水泥力學性能的影響

2.2.1 木粉添加量對氯氧鎂水泥強度的影響

將通過20目篩網而留在40目篩網上的木粉按基礎配方中氧化鎂有效含量的10%，20%，30%，40%，50%添加到基礎配料中進行混合攪拌，待充分攪拌均勻后，澆筑到40 mm×40 mm×160 mm模具中制備木粉/氯氧鎂水泥復合材料試樣，在標準養護條件下養護28 d后測試試樣的抗壓強度、抗折強度，實驗結果見圖2。

由圖2可知，隨著木粉添加量的增加，木粉/氯氧鎂水泥復合材料的抗壓強度明顯降低，抗折強度明顯升高。由于木材主要是由纖維素、半纖維素、木質素三種聚合物組成，而半纖維素的含量約占20%～30%，其吸濕性、潤脹能力比纖維素大得多[11]，導致木粉的吸水性較高。而隨著木粉添加量的增加，在料漿制備過程中大大增加了用水量，導致復合材料內部出現孔隙、密實度降低，復合材料的抗壓強度顯著下降。另一方面，隨著木粉添加量的增加，木粉會均勻填充到“MgO—MgCl2—H2O”三元體系所形成的“骨架”中，提高了復合材料的韌性，其抗折強度也隨之增加。綜合分析可知，木粉添加量在20%～30%之間時，木粉/氯氧鎂水泥復合材料存在較高的抗壓強度值和抗折強度值。

2.2.2 木粉粒徑對氯氧鎂水泥強度的影響

將通過10目篩網而留在80目篩網上的木粉分成4組，即80目～60目、60目～40目、40目～20目、20目～10目，按基礎配方中氧化鎂有效含量的20%添加到基礎配料中進行混合攪拌，待充分攪拌均勻后，澆筑到40 mm×40 mm×160 mm模具中制備木粉/氯氧鎂水泥復合材料試樣，在標準養護條件下養護28 d后測試試樣的抗壓強度、抗折強度，實驗結果見圖3。

由圖3可知，隨著木粉粒徑的增加，木粉/氯氧鎂水泥復合材料的抗壓強度呈下降趨勢，但下降不明顯，抗折強度卻明顯升高。不同粒徑的木粉在復合材料中的分散程度是不同的，一般粒徑較小的木粉的分散程度較高[12]。隨著木粉粒徑的增大，木粉在氯氧鎂水泥中的分散程度就越低，導致木復合材料內部孔隙分布不均勻、密實度越低，材料的抗壓強度也隨之下降。另一方面，木粉粒徑越大，木粉的長徑比就越大[13]，纖維長度也越長，木粉填充到氯氧鎂水泥中MgO—MgCl2—H2O三元體系所形成的骨架中對增加木粉/氯氧鎂水泥復合材料的韌性就越明顯，復合材料的抗折強度明顯增大。綜合分析可知，木粉粒徑在40目～20目之間時，木粉/氯氧鎂水泥復合材料存在較高的抗壓強度值和抗折強度值。

2.3 木粉對氯氧鎂水泥耐水性的影響

軟化系數是用來表征材料耐水性的一個重要指標。選取上述2.2.1中所制備的試樣(已在標準養護條件下養護完成)，6塊相同的試樣為一組，每組測試其中3塊試件的抗壓強度(取平均值K0)，將另3塊試件完全浸泡在水中，7 d后取出，測試其抗壓強度(取平均值K1)，試件的軟化系數K采用下式進行計算：

K=K1/K0。

根據上式計算出木粉添加不同時氯氧鎂水泥的軟化系數，繪制圖4。由圖可知，隨著木粉添加量的增加，氯氧鎂水泥的軟化系數不斷減小，氯氧鎂水泥的軟化系數下降率由快到慢，在添加量為20%時出現轉折點；當木粉添加量達到20%時，軟化系數下降速率加快，隨著木粉添加量的增加，軟化系數下降速率逐漸減慢。綜合分析可知，由于木粉的高吸水性，導致了復合材料內部孔隙率增大，在泡水過程中會吸收較多的水分，導致了材料抗壓強度降低，復合材料的耐水性下降。

3 結語

1)添加木粉后，氯氧鎂水泥的水化歷程達到最高水化溫度的時間基本保持不變，但最高水化溫度降低了16.3 ℃。

2)隨著木粉添加量的增加，木粉/氯氧鎂水泥復合材料的抗壓強度明顯降低，而抗折強度顯著增大，木粉添加量在20%～30%之間較為適宜。

3)隨著木粉粒徑的增大，木粉/氯氧鎂水泥復合材料的抗壓強度隨之下降，但下降不明顯，然而抗折強度卻顯著增大，木粉粒徑在40目～20目之間較為適宜。

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Research on modified magnesium oxychloride cement filled with wood flour★

Guo Deyu Xue Wei*

(CollegeofEngineeringandTechnology,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Through the experimental researched the influence of wood flour with different particle size under different addition amount to magnesium oxychloride cement process, compressive strength, flexural strength and resistance water, introduced the corresponding experimental process, the gained experimental results laid theoretical foundation for the better development of magnesium oxychloride cement composite materials.

magnesium oxychloride cement, wood flour, water, strength, water resistance

2015-02-12★:黑龍江省教育廳科學技術研究資助項目(項目編號：11553031)

郭德禹(1991- )，男，在讀碩士

薛 偉(1962- )，男，博士，教授

1009-6825(2015)12-0102-02

TU528

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