几种因素对氯氧镁水泥性能的影响

宁亚瑜，张冷庆，丁向群

(1.盘锦职业技术学院建筑工程分院，盘锦　124010;2.沈阳建筑大学材料科学与工程学院，沈阳　110168)



几种因素对氯氧镁水泥性能的影响

宁亚瑜1，张冷庆2，丁向群2

(1.盘锦职业技术学院建筑工程分院，盘锦124010;2.沈阳建筑大学材料科学与工程学院，沈阳110168)

研究了养护温度、氯化镁溶液浓度、氧化镁/氯化镁摩尔比对氯氧镁水泥(以下简称镁水泥)28 d抗压强度和软化系数的影响，通过改变单一变量探讨了个因素对镁水泥性能的影响规律。结果表明：随着养护温度的提高，镁水泥的28 d抗压强度逐渐降低，28 d软化系数逐渐升高；随着MgCl2浓度和MgO/MgCl2摩尔比的增大，镁水泥28 d抗压强度先升高后降低，28 d软化系数先降低后升高。

氯氧镁水泥； 抗压强度； 软化系数

1　引　言

氯氧镁水泥(以下简称镁水泥)是由轻烧氧化镁、氯化镁溶液拌合而成的具有气硬性质的胶凝材料[1,2]，与普通硅酸盐水泥相比，具有凝结硬化快、强度高、密度小、耐火性好等特点[3-5]，具有良好的发展前景。但由于其耐水性差、易翘曲变形限制了在重要结构中的应用[6-8]，目前仅限于装饰材料、包装及临时非承重部位，对资源造成极大的浪费[9]。自1867年Sorel发明该水泥以来，其耐水性一直是一些生产和科研单位重视的科研课题，国内外发表有关的文章报道也很多。但由于各地原材料的特性和环境条件出入很大，时至今日，根本解决氯氧镁水泥及制品的耐水性，仍有许多问题需进一步分析与探索。本文探讨了养护温度、氯化镁溶液浓度、氧化镁/氯化镁摩尔比对氯氧镁水泥性能的影响，为后续实验提供参考。

2　试　验

2.1原材料

(1)轻烧氧化镁

氧化镁是辽宁大石桥市某厂生产的轻烧氧化镁(MgO)，密度3.58 g/cm3，主要性能指标[10]见表1。

表1　轻烧氧化镁的主要性能

注：活性MgO为活性MgO占MgO的百分比。

(2)六水氯化镁

氯化镁是沈阳某化工厂生产的精制工业氯化镁(MgCl2·6H2O)，主要成分见表2。

表2　氯化镁的主要成分

(3)水：自来水

2.2试样制备

称取轻烧氧化镁粉至于搅拌锅中，再称取MgCl2溶液慢慢加入搅拌锅中，以120 r/min的速度搅拌5 min，搅拌均匀后注入20 mm×20 mm×20 mm的钢模内成型，在相应条件下养护1 d后脱模，在室内分别养护至3 d、7 d、28 d后，分别测试抗压强度和浸水28 d后抗压强度。

2.3测试方法

(1)抗压强度

将养护至一定龄期的20 mm×20 mm×20 mm的镁水泥试件在压力试验机上进行抗压强度测试，加荷速度为5 mm/min。抗压强度f为：

(1)

式中，f为试样抗压强度，MPa；F为试样发生破坏时的荷载值，N；S为试样受压面积，mm2。

(2)耐水性能

以镁水泥试样的耐水软化系数K作为评价耐水性能好坏的标准，软化系数的大小与浸水时间有关，其值越大表示浸水后强度越高，抗水性越好，反之则越差。

试件养护至28 d龄期后，一部分测试抗压R0，另一部分在水中浸泡28 d后，擦干表面测量浸泡后抗压R。耐水软化系数K为：

(2)

式中，K为耐水软化系数；R0为28 d时试样的抗压强度，MPa；R为浸水28 d后试样的抗压强度，MPa。

3　结果与讨论

根据前期实验结果[11]，选择温度20 ℃、氯化镁浓度为23.4 %、摩尔比为6的试验组合，改变其中一个因素研究其对镁水泥抗压强度和软化系数的影响规律。

3.1温度对氯氧镁水泥强度和耐水性的影响

选取摩尔比为6、MgCl2浓度为23.4 %，通过改变养护温度以研究温度对镁水泥强度和耐水性的影响，试验结果见图1。

图1　温度对镁水泥强度和软化系数的影响Fig.1　Influences of temperature on MOC strength and softening coefficient

由图1可知，随着养护温度的提高，镁水泥的28 d抗压强度逐渐降低，28 d软化系数逐渐升高。

当温度较高时，抑制了强度较高的5·1·8相的形成，生成成大量氢氧化镁，因而强度较低；但由于强氧化镁的溶解度相对较低，因此软化系数逐渐提高。当温度大于40 ℃时，这种现象明显加强，因此强度损失速率加快。另外，研究表明[13]，在相对较高的温度下，5·1·8相的结构发生变化，因此耐水性逐渐增强。

3.2氯化镁浓度对氯氧镁水泥强度和耐水性的影响

选取温度25 ℃、摩尔比为6，通过改变氯化镁浓度以研究氯化镁浓度对镁水泥抗压强度和耐水性的影响，试验结果见图2。

图2　MgCl2浓度对镁水泥强度和软化系数的影响Fig.2　Influnces of MgCl2 concentration on MOC compressive strength and softening coefficient

由图2可知，随着MgCl2浓度的提高，镁水泥28 d抗压强度先升高后降低，当MgCl2浓度为20%～23%时强度达到最大值；28 d软化系数先降低后升高，当MgCl2浓度为18%～20%时达到最小值。

氯化镁浓度主要影响5·1·8相和3·1·8相的生成速率，以及镁水泥硬化体的孔隙率。相5和相3的形成是缩壳反应[12]，外界离子浓度是影响反应的动力学因素，因此，外界离子浓度越高反应越迅速，大量的晶体堆积是硬化体强度的主要来源，因此随着MgCl2浓度的提高镁水泥的抗压强度提高。然而，晶体生长速度快致使硬化体内部孔隙率大，当外部环境中有水存在时，水分会延孔壁进入内部，使晶体溶解，使镁水泥耐水性变差。

3.3摩尔比对氯氧镁水泥强度和耐水性的影响

图3　MgO/MgCl2摩尔比对镁水泥强度和软化系数的影响Fig.3　Influences of MgO/MgCl2 mole ratio on MOC strength and softening coefficient

选取温度为25 ℃、MgCl2浓度为23.4 %，通过改变MgO/MgCl2摩尔比以研究摩尔比对镁水泥抗压强度和耐水性的影响，试验结果见图3。 由图3可知，随着MgO/MgCl2摩尔比的提高，镁水泥28 d抗压强度先升高后降低，在4.0～5.0时达到最大；28 d软化系数先降低后升高，在4.0～5.0时达到最小，而后快速增大。

摩尔比影响反应的最终产物，由理论配比，当摩尔比为5时，反应生成5·1·8相，强度较高；当摩尔比小于4时，5·1·8相易吸收多余的MgO，从而向3·1·8相转化，使抗压强度变低；当摩尔比大于6时，形成3·1·8相和Mg(OH)2，抗压强度低。由于5·1·8相和3·1·8相都为不耐水相，Mg(OH)2溶解度低，因此当摩尔比大于6，即有Mg(OH)2生成时耐水性较好。

4　结　论

(1)随着养护温度的提高，镁水泥的28 d抗压强度逐渐降低，28 d软化系数逐渐升高；

(2)随着MgCl2浓度的提高，镁水泥28 d抗压强度先升高后降低，当MgCl2浓度为20～23 %时强度达到最大值；28 d软化系数先降低后升高，当MgCl2浓度为18%～20%时达到最小值；

(3)随着MgO/MgCl2摩尔比的提高，镁水泥28 d抗压强度先升高后降低，在4.0～5.0时达到最大；28 d软化系数先降低后升高，在4.0～5.0时达到最小，而后快速增大；

(4)制作氯氧镁水泥制品时，宜选择养护温度20～25 ℃，氯化镁浓度22%～24%，MgO/MgCl2摩尔比5～7。

[1] 郑直．新型镁质水泥的研制与性能[D]．合肥：合肥工业大学，2012．

[2] 王英姿，邱振新，王翔．浅谈氯氧镁水泥制品的性能及发展状况[J]．山东建材，2000(4)：38-40．

[3] 王兆敏．中国菱镁矿现状与发展趋势[J]．中国非金属矿工业导刊，2006(5)：6-8．

[4] 严育通，景燕，马军．氯氧镁水泥的研究进展[J]．盐湖研究，2008(1)：60-66．

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

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

[7] 关辉，吕建福，巴恒静．氯氧镁水泥基材料体积稳定性研究[J]．深圳大学学报(理工版)，2009，26(3)：296-300．

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[9] 门振甲，何艳君．镁水泥改性及制品生产实用技术[M]．北京:化学工业出版社，2006．

[10] WBT1019-2002菱镁制品用轻烧氧化镁.

[11] 氯氧镁水泥理论配料公式[OL]．(2008-12-29)[2014-06-18]．http://www.sngyw.com/ cementapp/show.asp newsid=215&p=2．

[12] 刘倩倩，余红发．自然环境下氯氧镁水泥的长期水化产物及其相转变规律[J]．盐湖研究．2008，16(4)：15-20．

[13] 刘尧，乔宏霞，周茗如，等．MgCl2溶液浓度对镁水泥混凝上优选配比强度的影响[J]．盐湖研究，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

住房和城乡建设部项目(2015-K4-002)；中国建材联合会项目(2103-M3-8)

宁亚瑜(1975-)，女，副教授.主要从事胶凝材料方面的研究.

丁向群，教授.

TQ172

A

1001-1625(2016)07-2287-04