幾種因素對氯氧鎂水泥性能的影響

寧亞瑜，張冷慶，丁向群

(1.盤錦職業技術學院建筑工程分院，盤錦　124010;2.沈陽建筑大學材料科學與工程學院，沈陽　110168)

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幾種因素對氯氧鎂水泥性能的影響

寧亞瑜1，張冷慶2，丁向群2

(1.盤錦職業技術學院建筑工程分院，盤錦124010;2.沈陽建筑大學材料科學與工程學院，沈陽110168)

研究了養護溫度、氯化鎂溶液濃度、氧化鎂/氯化鎂摩爾比對氯氧鎂水泥(以下簡稱鎂水泥)28 d抗壓強度和軟化系數的影響，通過改變單一變量探討了個因素對鎂水泥性能的影響規律。結果表明：隨著養護溫度的提高，鎂水泥的28 d抗壓強度逐漸降低，28 d軟化系數逐漸升高；隨著MgCl2濃度和MgO/MgCl2摩爾比的增大，鎂水泥28 d抗壓強度先升高后降低，28 d軟化系數先降低后升高。

氯氧鎂水泥； 抗壓強度； 軟化系數

1　引　言

氯氧鎂水泥(以下簡稱鎂水泥)是由輕燒氧化鎂、氯化鎂溶液拌合而成的具有氣硬性質的膠凝材料[1,2]，與普通硅酸鹽水泥相比，具有凝結硬化快、強度高、密度小、耐火性好等特點[3-5]，具有良好的發展前景。但由于其耐水性差、易翹曲變形限制了在重要結構中的應用[6-8]，目前僅限于裝飾材料、包裝及臨時非承重部位，對資源造成極大的浪費[9]。自1867年Sorel發明該水泥以來，其耐水性一直是一些生產和科研單位重視的科研課題，國內外發表有關的文章報道也很多。但由于各地原材料的特性和環境條件出入很大，時至今日，根本解決氯氧鎂水泥及制品的耐水性，仍有許多問題需進一步分析與探索。本文探討了養護溫度、氯化鎂溶液濃度、氧化鎂/氯化鎂摩爾比對氯氧鎂水泥性能的影響，為后續實驗提供參考。

2　試　驗

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的輕燒氧化鎂(MgO)，密度3.58 g/cm3，主要性能指標[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

氯化鎂是沈陽某化工廠生產的精制工業氯化鎂(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的鋼模內成型，在相應條件下養護1 d后脫模，在室內分別養護至3 d、7 d、28 d后，分別測試抗壓強度和浸水28 d后抗壓強度。

2.3測試方法

(1)抗壓強度

將養護至一定齡期的20 mm×20 mm×20 mm的鎂水泥試件在壓力試驗機上進行抗壓強度測試，加荷速度為5 mm/min。抗壓強度f為：

(1)

式中，f為試樣抗壓強度，MPa；F為試樣發生破壞時的荷載值，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K作為評價耐水性能好壞的標準，軟化系數的大小與浸水時間有關，其值越大表示浸水后強度越高，抗水性越好，反之則越差。

試件養護至28 d齡期后，一部分測試抗壓R0，另一部分在水中浸泡28 d后，擦干表面測量浸泡后抗壓R。耐水軟化系數K為：

(2)

式中，K為耐水軟化系數；R0為28 d時試樣的抗壓強度，MPa；R為浸水28 d后試樣的抗壓強度，MPa。

3　結果與討論

根據前期實驗結果[11]，選擇溫度20 ℃、氯化鎂濃度為23.4 %、摩爾比為6的試驗組合，改變其中一個因素研究其對鎂水泥抗壓強度和軟化系數的影響規律。

3.1溫度對氯氧鎂水泥強度和耐水性的影響

選取摩爾比為6、MgCl2濃度為23.4 %，通過改變養護溫度以研究溫度對鎂水泥強度和耐水性的影響，試驗結果見圖1。

圖1　溫度對鎂水泥強度和軟化系數的影響Fig.1　Influences of temperature on MOC strength and softening coefficient

由圖1可知，隨著養護溫度的提高，鎂水泥的28 d抗壓強度逐漸降低，28 d軟化系數逐漸升高。

當溫度較高時，抑制了強度較高的5·1·8相的形成，生成成大量氫氧化鎂，因而強度較低；但由于強氧化鎂的溶解度相對較低，因此軟化系數逐漸提高。當溫度大于40 ℃時，這種現象明顯加強，因此強度損失速率加快。另外，研究表明[13]，在相對較高的溫度下，5·1·8相的結構發生變化，因此耐水性逐漸增強。

3.2氯化鎂濃度對氯氧鎂水泥強度和耐水性的影響

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鎂水泥抗壓強度和耐水性的影響，試驗結果見圖2。

圖2　MgCl2濃度對鎂水泥強度和軟化系數的影響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抗壓強度先升高后降低，當MgCl2濃度為20%～23%時強度達到最大值；28 d軟化系數先降低后升高，當MgCl2濃度為18%～20%時達到最小值。

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[12]，外界離子濃度是影響反應的動力學因素，因此，外界離子濃度越高反應越迅速，大量的晶體堆積是硬化體強度的主要來源，因此隨著MgCl2濃度的提高鎂水泥的抗壓強度提高。然而，晶體生長速度快致使硬化體內部孔隙率大，當外部環境中有水存在時，水分會延孔壁進入內部，使晶體溶解，使鎂水泥耐水性變差。

3.3摩爾比對氯氧鎂水泥強度和耐水性的影響

圖3　MgO/MgCl2摩爾比對鎂水泥強度和軟化系數的影響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鎂水泥抗壓強度和耐水性的影響，試驗結果見圖3。 由圖3可知，隨著MgO/MgCl2摩爾比的提高，鎂水泥28 d抗壓強度先升高后降低，在4.0～5.0時達到最大；28 d軟化系數先降低后升高，在4.0～5.0時達到最小，而后快速增大。

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

4　結　論

(1)隨著養護溫度的提高，鎂水泥的28 d抗壓強度逐漸降低，28 d軟化系數逐漸升高；

(2)隨著MgCl2濃度的提高，鎂水泥28 d抗壓強度先升高后降低，當MgCl2濃度為20～23 %時強度達到最大值；28 d軟化系數先降低后升高，當MgCl2濃度為18%～20%時達到最小值；

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

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

[1] 鄭直．新型鎂質水泥的研制與性能[D]．合肥：合肥工業大學，2012．

[2] 王英姿，邱振新，王翔．淺談氯氧鎂水泥制品的性能及發展狀況[J]．山東建材，2000(4)：38-40．

[3] 王兆敏．中國菱鎂礦現狀與發展趨勢[J]．中國非金屬礦工業導刊，2006(5)：6-8．

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

[5] 鎂水泥概述[OL]．(2012-12-25)[2014-03-20]．http://www．cnbaowen．net/news/show-11541．html.

[6] 氯氧鎂水泥概述及其主要用途介紹[OL]．(2013-12-29)[2014-03-21]．http://www．cnbaowen．net /news/show-11541．html.

[7] 關輝，呂建福，巴恒靜．氯氧鎂水泥基材料體積穩定性研究[J]．深圳大學學報(理工版)，2009，26(3)：296-300．

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[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．自然環境下氯氧鎂水泥的長期水化產物及其相轉變規律[J]．鹽湖研究．2008，16(4)：15-20．

[13] 劉堯，喬宏霞，周茗如，等．MgCl2溶液濃度對鎂水泥混凝上優選配比強度的影響[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

住房和城鄉建設部項目(2015-K4-002)；中國建材聯合會項目(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