配比及添加剂对氯氧镁水泥耐水性研究

徐会君， 王　前， 李　森， 杜庆洋

(1.山东理工大学 化学工程学院， 山东 淄博 255049;2.山东理工大学 材料科学与工程学院， 山东 淄博 255049)

配比及添加剂对氯氧镁水泥耐水性研究

徐会君1， 王前2， 李森2， 杜庆洋2

(1.山东理工大学 化学工程学院， 山东 淄博 255049;2.山东理工大学 材料科学与工程学院， 山东 淄博 255049)

摘要：以氧化镁、氯化镁为原料，加入添加剂磷酸和FeSO4制备氯氧镁水泥.研究了原料配比、磷酸和FeSO4对氯氧镁水泥耐水性的影响；利用电脑恒应力压力试验机测试了不同龄期的抗压强度来表征其耐水性.实验结果表明，所用氧化镁原料的活性为63.24%(质量分数)，原料MgO∶MgCl2(摩尔比)为6∶1时效果最好;添加剂磷酸和FeSO4均能大幅度提高氯氧镁水泥的耐水性，浸水56d时的抗压强度表明磷酸的效果优于FeSO4.

关键词：氯氧镁水泥； 耐水性； 抗压强度

氯氧镁水泥俗称无机玻璃钢，是由Sorel[1]先生于1867年发明的，因而又称之为Sorel水泥.氯氧镁水泥具有早强、高强、快凝、耐磨、耐腐蚀、防火、粘结力强等优点, 其制品的应用也越来越广泛, 包括防火板、通风管道、地板砖、轻型屋面板、波形瓦、门芯板、活动房屋等室内室外建筑材料制品[2].近年来，氯氧镁水泥广泛应用于大棚骨架，可以使大棚覆盖面积大，热效应好，搭建方便，且造价低.在同等承载力下，该骨架是钢架造价的1/8，水泥造价的1/3，成本低于竹木，质量优于钢架，生产工艺简单.但是氯氧镁水泥耐水性不佳，进而强度下降，影响其使用寿命年限.改善氯氧镁水泥的耐水性具有很多措施和方法[3]，例如，选择合理的配比和工艺措施、适宜的养护条件[4]、添加水泥改性剂和矿物外加剂[5-6]等.但目前最有效的方法是掺加外加剂，不同的外加剂在氯氧镁水泥中的改性机理不同[7]，其作用效果也有所不同.为了增加大棚支架中氯氧镁水泥的使用寿命,本实验通过选择合适的配比，以及掺加磷酸和硫酸亚铁外加剂改善氯氧镁水泥的耐水性.

1实验

1.1实验试剂与仪器

氧化镁(细度为过200目筛，小于74μm)，氯化镁(六水氯化镁)，磷酸(分析纯)，硫酸亚铁(工业级).FA2204B型电子分析天平，电动搅拌器，HZJ多功能数控磁力振动台，BC-300D电脑恒应力压力试验机，索尼(SONY)DSC-RX100黑卡数码相机.

1.2试验方法

将MgCl2·6H2O溶于水中形成浓度为26°Be＇(MgCl2与H2O摩尔比约为1∶14)的MgCl2水溶液，按照一定配比加入氧化镁，再加入添加剂，搅拌均匀，形成水泥浆体.将浆体浇入钢模(40×40×160mm3)中.在自然条件下养护24h后脱模，继续自然养护至龄期后，一部分样品进行强度测试，另一部分样品放入水中，养护至龄期后，再进行强度测试.

1.3分析与测试

利用X射线衍射仪(XRD)(D8ADVANCE，德国BruckerAXS公司)进行样品物相分析；利用BC-300D电脑恒应力压力试验机测试样品抗压强度.活性MgO含量测试方法：准确称取5.0g试样于100mL的烧杯中，记此时烧杯和试样的质量为M1，并置于120℃的烘箱中烘至恒重，记为M2；取出烧杯，在烧杯中加入50mL水，在室温下静置24h；将试样置于120℃的烘箱中烘至恒重，记为M3.活性MgO含量W的计算公式：

W=(M3-M2)/{0.45×(5.0000-M1+M2)}

2结果与讨论

2.1活性MgO含量的测定

通过5组试验测定活性MgO的含量，具体实验数据见表1.一般来说[8]，活性MgO的质量分数在55%～65%比较合适，如果活性较高，镁水泥制品内部会产生结晶应力，进而在制品表面会出现微裂纹，如果活性较低，会导致反应速度较慢，最终影响水泥制品的强度.由表1可知，活性MgO含量为63.24%，说明本实验所用MgO质量较好.

表1活性MgO的含量

序号试样质量/gM1/gM2/gM3/gW/%ω-(平均值)/%15.000015.374615.278416.673563.2225.000015.397815.288516.702364.2435.000015.287615.189716.563462.2763.24

2.2原料配比对氯氧镁水泥耐水性的影响

表2是MgO∶MgCl2(摩尔比)分别为3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1时，各个龄期抗压强度的情况.由表2可以看出，随着摩尔比增加，14d水泥试块的抗压强度也逐渐增加，当达到摩尔比为9∶1时，抗压强度为72.47MPa.浸水7d水泥试块的抗压强度在不同摩尔比下，均有小幅度的减小.浸水28d水泥试块的抗压强度与14d水泥试块的抗压强度相比，降低幅度最大的是摩尔比为3∶1时的试样，其抗压强度降低了77%.降低幅度最小的是摩尔比为6∶1时的试样，其抗压强度降低了52%，本实验对比以上数据表明MgO∶MgCl2(摩尔比)为6∶1较好，为此在以下研究添加剂对氯氧镁水泥耐水性影响时采用此配比.

图1是摩尔比为6∶1时样品的XRD图.与标准卡片相对比，样品的主要衍射峰为为5相(Mg3Cl(OH)5·4H2O)和少量的3相(Mg2Cl(OH)·4H2O)的衍射峰.

表2原料配比与试样抗压强度的关系

摩尔比3∶14∶15∶16∶17∶18∶19∶114d抗压强度/MPa44.7653.3259.6464.3468.4670.3872.47浸水7d抗压强度/MPa35.2846.8850.4658.3460.4964.5767.38浸水28d抗压强度/MPa10.2814.6719.4930.8931.2331.4530.25

注：试样强度为每组3个样品测试数据的平均值，下同.

表3FeSO4加入量与水泥试块抗压强度的关系

质量分数/%00.10.20.30.40.514d抗压强度/MPa64.3463.7862.4765.8966.3066.02浸水7d抗压强度/MPa58.3460.5859.3462.4562.1963.39浸水28d抗压强度/MPa30.8940.5944.6549.1953.2953.21浸水56d抗压强度/MPa8.2319.2222.3427.4735.4836.34

2.3FeSO4对氯氧镁水泥耐水性的影响

表3是添加不同含量的FeSO4对水泥试块抗压强度的影响.从表3可以得到，加入不同含量的FeSO4对水泥试块的14d抗压强度没有太大影响.浸水7d水泥试块的抗压强度均有小幅度的减小.随着FeSO4含量的增加，浸水28d水泥试块的抗压强度逐渐增加，在质量分数为0.4%时，达到了最大值53.29MPa，与未加添加剂的相比，抗压强度增加了22.40 MPa，保持了浸水前80%的抗压强度.浸水56d时，试块的抗压强度同样随着FeSO4含量的增加也提高，在质量分数0.4%时最佳.图2为添加0.4% FeSO4浸水56d后样品的断面图，从图中可以看出，样品外部浅色部分为多孔的疏松结构，已经被水渗透发生了溶解反应，5相和3相转化为Mg(OH)2流失，是导致抗压强度下降的原因；内部深色部分为没有转变的致密结构.分析数据可以得出，虽然与未加添加剂相比，耐水性有了较大的提高，但是最大值也仅仅保有浸水前一半左右的抗压强度.

图1　样品的XRD图

图2　添加0.4% FeSO4水泥样品的断面图

2.4磷酸对氯氧镁水泥耐水性的影响

表4是添加不同含量磷酸在不同龄期下抗压强度的情况.由表4可以看出在14d抗压强度添加磷酸与未加磷酸时相比稍有下降.在浸水7d后水泥试块的抗压强度均稍有减小.在浸水28d后不加添加剂的水泥试块抗压强度大幅度降低，随着磷酸含量的增加，水泥试块抗压强度逐渐增加，在含量0.6%时，增加到54.78MPa.浸水56d后水泥试块的抗压强度进一步减小，添加磷酸水泥试块的抗压强度明显比未加添加剂水泥试块的抗压强度大，在含量为0.6%时达到最大值42.46MPa，图3为添加0.6%磷酸浸水56d样品的断面图，从图中可以看出样品外部仅仅有少量区域的5相和3相被溶解，结合表4的数据，抗压强度由未加添加剂降低了87%提高到降低32%.因此磷酸含量为0.6%时，对提高氯氧镁水泥的耐水性效果较好.

表4磷酸加入量与水泥试块抗压强度的关系

质量分数/%00.20.40.60.814d抗压强度/MPa64.3461.3460.1062.4861.38浸水7d抗压强度/MPa58.3458.9858.6860.1259.87浸水28d抗压强度/MPa30.8947.2353.2154.7854.08浸水56d抗压强度/MPa8.2320.4534.7842.4641.45

图3　添加0.6%水泥磷酸样品的断面图

2.5耐水性改善机理

张振禹等[9]从热力学的角度证明，氯氧镁水泥中物质稳定顺序为：5相<3相

3结论

通过改变原料配比，加入添加剂可以明显提高无机玻璃钢的耐水性，进而延长氯氧镁水泥的使用寿命.

(1)使用活性为63.24%的MgO，MgO∶MgCl2摩尔比为6∶1时耐水性较好.

(2)在上述条件下添加磷酸和FeSO4均能提高无机玻璃钢的耐水性，当磷酸的质量分数为0.6%时，耐水性达到最佳.

参考文献:

[1]Sorrel S. On a New Magnesium Cement [J]. C R Acad Sci, 1867, 65:102-104.

[2]吴金焱,朱书全.氯氧镁水泥及其制品的研发进展[J].中国非金属矿工业导刊,2006(1),15-18.

[3]张翠苗,杨红健,马学景.氯氧镁水泥的研究进展[J].硅酸盐通报,2014,33(1):119-120.

[4]Sglavo V M, De Genua F, Conci A,et al. Influence of curing temperature on the evolution of magnesium oxychloride cement[J]. Journal of materials science, 2011, 46(20) : 6726-6733．

[5]李振国,吉泽升.氯氧镁水泥制品变形及开裂的研究进展[J].硅酸盐通报,2012,31(2):291-300.

[6]杨丽.不同添加剂对氯氧镁水泥防水性能的影响[J].炼油与化工,2014,25(2):17-18.

[7]文静,余红发,吴成友.氯氧镁水泥水化历程的影响因素及水化动力学[J].硅酸盐学报,2013,41(5),588-596.

[8]李娜，王琦，张梅.氯氧镁水泥耐水性研究[J].四川水泥，2014(12)：8-11.

[9]张振禹,戴长禄,张铨昌.相5和相3的形成机理研究[J].中国科学,1991(1):82-89.

(编辑：姚佳良)

Research on water proofness of magnesium oxychloride cement

XU Hui-jun1, WANG Qian2, LI Sen2, DU Qing-yang2

(1.School of Chemical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China；2.School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

Abstract:Magnesium oxychloride cement was prepared using MgO, MgCl2 and additives as raw materials in the thesis. The effects of MgO∶MgCl2, H3PO4 and FeSO4on water proofness of magnesium oxychloride cement were investigated. The compressive strength of different ages was tested using the computer constant pressure test machine, which measured the water proofness. The experimental results showed that the best ratio of MgO∶MgCl2 was 6∶1 both H3PO4 and FeSO4could improved the water proofness of magnesium oxychloride cement significantly than that of FeSO4, and the effect of H3PO4 on water proofness of magnesium oxychloride cement was better.

Key words:magnesium oxychloride cement; water proofness; compressive strength

收稿日期：2015-08-12

作者简介：徐会君，女， xuxuhuijun@126.com

文章编号：1672-6197(2016)05-0049-03

中图分类号：TQ172.7

文献标志码：A