改性硫氧鎂復合墻板抗翹曲變形試驗研究

梁媛媛 關巖 畢萬利 陳嘯洋

摘要：為了改善硫氧鎂水泥條板翹曲變形的問題，向硫氧鎂水泥摻入改性劑及摻合料，研究了改性劑和摻合料對硫氧鎂水泥的影響。試驗表明：硫氧鎂水泥摻入15%粉煤灰、0.5%檸檬酸和0.5%磷酸，硫氧鎂水泥條板并未翹曲變形。

關鍵詞：硫氧鎂水泥；檸檬酸；磷酸；粉煤灰；微觀形貌

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）32-0269-02

硫氧鎂水泥是由活性氧化鎂與一定濃度的硫酸鎂溶液形成的氣硬性膠凝材料，其體系為MgO-

MgSO4-H2O的三元體系。硫氧鎂水泥具有低導熱系數、質輕隔聲、不吸潮返鹵等優良特性，可以應用于輕質隔墻條板、保溫板[1-2]。但在實際應用中，硫氧鎂水泥條板存在早期強度低、易變性翹曲等問題，導致其在建筑行業的應用領域受到一定限制。鄧德華[3]發現硫氧鎂水泥的強度來源主要為水化產物5·1·7相和3·1·8相。吳成友發現硫氧鎂水泥中摻入酒石酸可以提高鎂水泥的抗壓強度。本次試驗通過向硫氧鎂水泥條板中摻入改性劑和摻合料研究了其對硫氧鎂水泥強度、抗翹曲變形、耐水性、微觀結構的影響。

一、試驗

（一）原料

試驗用輕燒氧化鎂粉產地為遼寧海城，其活性為63.2%。七水硫酸鎂、檸檬酸、磷酸來自天津瑞金特有限公司，此外粉煤灰為本次試驗的摻合料。本次試驗所用的改性劑及摻合料的摻入量均按輕燒氧化鎂粉的質量計算。表1為輕燒氧化鎂粉、粉煤灰的化學分析，表2為試驗配方。

（二）試樣制備

先將稱量好的改性劑摻入到配制好的硫酸鎂溶液中攪拌混合均勻，再將一定量的輕燒氧化鎂粉與粉煤灰干混好并倒入溶液中攪拌6 min得到均勻的料漿；然后將料漿倒入40mm×40mm×40mm及160mm×160mm×5mm的模具中；最后將模具置于溫度23±2℃、相對濕度60±5%的養護箱中養護至齡期。

（三）檢測方法

1.試塊抗壓強度：按照GB/T 17671《水泥膠砂強度試驗方法（ISO法）》檢測硫氧鎂水泥28天抗壓強度。并通過ΣIGMA HD型掃描電鏡檢測試樣的微觀形貌。

2.耐水性：硫氧鎂水泥試塊養護齡期達到28天后，將其浸入清水中，檢測浸入清水28天后試樣的抗壓強度，以強度保留系數W表征硫氧鎂水泥的耐水性，W=C28/C0。其中，C28為硫氧鎂水泥浸入清水28天的抗壓強度；C0為硫氧鎂水泥空氣中養護28天的抗壓強度。

二、結果與討論

（一）不同原料摩爾比鎂水泥的影響

試驗結果表明MgO/MgSO4摩爾比為7∶1時，硫氧鎂水泥28天強度最高，但是這三組硫氧鎂水泥的耐水性均不夠高，很難應用于實際生產中。此外，這三組硫氧鎂水泥條板均變形，所以需進一步的改善。為了得到性能較好的硫氧鎂水泥制品，對2#試樣進行改性研究。

（二）不同改性劑鎂水泥的影響

試驗結果表明，硫氧鎂水泥中復摻檸檬酸和磷酸較分別單摻檸檬酸或磷酸對其改性效果更好。硫氧鎂水泥中復摻改性劑雖然改善了硫氧鎂水泥條板的變形程度，但是仍然輕微變形，并未達到預計的效果，所以需以6#試樣進一步試驗，以期達到不翹曲變形的效果。

（三）不同摻量的摻合料對鎂水泥的影響

試驗結果表明，鎂水泥中粉煤灰摻入量低于30%時，硫氧鎂水泥的耐水性均得到了有效的改善。其中，硫氧鎂水泥中摻入15%粉煤灰后，鎂水泥的軟化系數達到最大。而當粉煤灰摻入量高于30%時，鎂水泥的抗壓強度和軟化系數均下降。此外，硫氧鎂水泥中摻入粉煤灰后，硫氧鎂水泥條板均未變形。

（四）微觀分析

2#試樣5·1·7相在基體中為片層狀晶體，片層狀晶體相互穿插交互生長為硫氧鎂水泥提供了機械強度。硫氧鎂水泥摻入改性劑和摻合料后，硫氧鎂水泥中生長出膠凝相水化產物且連接著片層狀的5·1·7相填充在基體中使硫氧鎂水泥微觀結構更加致密。硫氧鎂水泥中摻入檸檬酸和磷酸后，檸檬酸根基團和磷酸基團會包裹在活性氧化鎂表面，抑制了活性氧化鎂遇水水化為氫氧化鎂，從而提高了硫氧鎂水泥的抗壓強度。而摻入粉煤灰后，由于粉煤灰顆粒較小，會均勻地分布在硫氧鎂水泥基體中，填充氣孔，提高了硫氧鎂水泥的致密度，從而提高了鎂水泥的抗壓強度。此外，當粉煤灰摻入量高于30%時，由于粉煤灰過多，不能均勻地分散，包裹住活性氧化鎂，阻止了活性氧化鎂的水化，從而降低了硫氧鎂水泥的抗壓強度。

而由于摻入改性劑后，膠凝相生成量增多，從而增加了硫氧鎂水泥的密實度，提高了鎂水泥的耐水性。而摻入粉煤灰后，由于在堿性條件下，粉煤灰會發生火山灰效應，生成M-S-H膠凝相，包裹住硫氧鎂水泥基體，從而提高了硫氧鎂水泥的耐水性。而當改性劑和摻合料復摻后，硫氧鎂水泥基體表面會形成以膠凝相為內層、M-S-H為外層的保護膜，從而更有效地提高了硫氧鎂水泥的耐水性。此外，由于膠凝相的產生，使硫氧鎂水泥基體結構粘結性更強，從而復摻改性劑和摻合料后，有效地抑制了硫氧鎂水泥條板的翹曲變形。

三、結論

本次試驗研究了原料不同摩爾比、改性劑和摻合料對硫氧鎂水泥28天抗壓強度、耐水性、抗翹曲變形和微觀形貌的影響。復摻粉煤灰和改性劑后，可以有效地抑制硫氧鎂水泥條板的翹曲變形，同時，提高了硫氧鎂水泥的抗壓強度和耐水性。氯氧鎂水泥中摻入15%粉煤灰、0.5%檸檬酸和0.5%磷酸可以制備高耐水性且不翹曲變形的硫氧鎂水泥條板。

參考文獻：

[1]DEMEDIUK T.A method for overcoming unsoundness in magne-sian limes[J].Nature，1952，170（4332）：799.

[2]EMEDIUK T，COLE W F.A study on magnesium oxy sulfates[J].Australian Journal of Chemistry，1957，10（3）：287-294.

[3]鄧德華.提高鎂質堿式鹽水泥性能的理論和應用研究[D].中南大學，2005.