改性硫氧镁复合墙板抗翘曲变形试验研究

梁媛媛 关岩 毕万利 陈啸洋

摘要：为了改善硫氧镁水泥条板翘曲变形的问题，向硫氧镁水泥掺入改性剂及掺合料，研究了改性剂和掺合料对硫氧镁水泥的影响。试验表明：硫氧镁水泥掺入15%粉煤灰、0.5%柠檬酸和0.5%磷酸，硫氧镁水泥条板并未翘曲变形。

关键词：硫氧镁水泥；柠檬酸；磷酸；粉煤灰；微观形貌

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）32-0269-02

硫氧镁水泥是由活性氧化镁与一定浓度的硫酸镁溶液形成的氣硬性胶凝材料，其体系为MgO-

MgSO4-H2O的三元体系。硫氧镁水泥具有低导热系数、质轻隔声、不吸潮返卤等优良特性，可以应用于轻质隔墙条板、保温板[1-2]。但在实际应用中，硫氧镁水泥条板存在早期强度低、易变性翘曲等问题，导致其在建筑行业的应用领域受到一定限制。邓德华[3]发现硫氧镁水泥的强度来源主要为水化产物5·1·7相和3·1·8相。吴成友发现硫氧镁水泥中掺入酒石酸可以提高镁水泥的抗压强度。本次试验通过向硫氧镁水泥条板中掺入改性剂和掺合料研究了其对硫氧镁水泥强度、抗翘曲变形、耐水性、微观结构的影响。

一、试验

（一）原料

试验用轻烧氧化镁粉产地为辽宁海城，其活性为63.2%。七水硫酸镁、柠檬酸、磷酸来自天津瑞金特有限公司，此外粉煤灰为本次试验的掺合料。本次试验所用的改性剂及掺合料的掺入量均按轻烧氧化镁粉的质量计算。表1为轻烧氧化镁粉、粉煤灰的化学分析，表2为试验配方。

（二）试样制备

先将称量好的改性剂掺入到配制好的硫酸镁溶液中搅拌混合均匀，再将一定量的轻烧氧化镁粉与粉煤灰干混好并倒入溶液中搅拌6 min得到均匀的料浆；然后将料浆倒入40mm×40mm×40mm及160mm×160mm×5mm的模具中；最后将模具置于温度23±2℃、相对湿度60±5%的养护箱中养护至龄期。

（三）检测方法

1.试块抗压强度：按照GB/T 17671《水泥胶砂强度试验方法（ISO法）》检测硫氧镁水泥28天抗压强度。并通过ΣIGMA HD型扫描电镜检测试样的微观形貌。

2.耐水性：硫氧镁水泥试块养护龄期达到28天后，将其浸入清水中，检测浸入清水28天后试样的抗压强度，以强度保留系数W表征硫氧镁水泥的耐水性，W=C28/C0。其中，C28为硫氧镁水泥浸入清水28天的抗压强度；C0为硫氧镁水泥空气中养护28天的抗压强度。

二、结果与讨论

（一）不同原料摩尔比镁水泥的影响

试验结果表明MgO/MgSO4摩尔比为7∶1时，硫氧镁水泥28天强度最高，但是这三组硫氧镁水泥的耐水性均不够高，很难应用于实际生产中。此外，这三组硫氧镁水泥条板均变形，所以需进一步的改善。为了得到性能较好的硫氧镁水泥制品，对2#试样进行改性研究。

（二）不同改性剂镁水泥的影响

试验结果表明，硫氧镁水泥中复掺柠檬酸和磷酸较分别单掺柠檬酸或磷酸对其改性效果更好。硫氧镁水泥中复掺改性剂虽然改善了硫氧镁水泥条板的变形程度，但是仍然轻微变形，并未达到预计的效果，所以需以6#试样进一步试验，以期达到不翘曲变形的效果。

（三）不同掺量的掺合料对镁水泥的影响

试验结果表明，镁水泥中粉煤灰掺入量低于30%时，硫氧镁水泥的耐水性均得到了有效的改善。其中，硫氧镁水泥中掺入15%粉煤灰后，镁水泥的软化系数达到最大。而当粉煤灰掺入量高于30%时，镁水泥的抗压强度和软化系数均下降。此外，硫氧镁水泥中掺入粉煤灰后，硫氧镁水泥条板均未变形。

（四）微观分析

2#试样5·1·7相在基体中为片层状晶体，片层状晶体相互穿插交互生长为硫氧镁水泥提供了机械强度。硫氧镁水泥掺入改性剂和掺合料后，硫氧镁水泥中生长出胶凝相水化产物且连接着片层状的5·1·7相填充在基体中使硫氧镁水泥微观结构更加致密。硫氧镁水泥中掺入柠檬酸和磷酸后，柠檬酸根基团和磷酸基团会包裹在活性氧化镁表面，抑制了活性氧化镁遇水水化为氢氧化镁，从而提高了硫氧镁水泥的抗压强度。而掺入粉煤灰后，由于粉煤灰颗粒较小，会均匀地分布在硫氧镁水泥基体中，填充气孔，提高了硫氧镁水泥的致密度，从而提高了镁水泥的抗压强度。此外，当粉煤灰掺入量高于30%时，由于粉煤灰过多，不能均匀地分散，包裹住活性氧化镁，阻止了活性氧化镁的水化，从而降低了硫氧镁水泥的抗压强度。

而由于掺入改性剂后，胶凝相生成量增多，从而增加了硫氧镁水泥的密实度，提高了镁水泥的耐水性。而掺入粉煤灰后，由于在碱性条件下，粉煤灰会发生火山灰效应，生成M-S-H胶凝相，包裹住硫氧镁水泥基体，从而提高了硫氧镁水泥的耐水性。而当改性剂和掺合料复掺后，硫氧镁水泥基体表面会形成以胶凝相为内层、M-S-H为外层的保护膜，从而更有效地提高了硫氧镁水泥的耐水性。此外，由于胶凝相的产生，使硫氧镁水泥基体结构粘结性更强，从而复掺改性剂和掺合料后，有效地抑制了硫氧镁水泥条板的翘曲变形。

三、结论

本次试验研究了原料不同摩尔比、改性剂和掺合料对硫氧镁水泥28天抗压强度、耐水性、抗翘曲变形和微观形貌的影响。复掺粉煤灰和改性剂后，可以有效地抑制硫氧镁水泥条板的翘曲变形，同时，提高了硫氧镁水泥的抗压强度和耐水性。氯氧镁水泥中掺入15%粉煤灰、0.5%柠檬酸和0.5%磷酸可以制备高耐水性且不翘曲变形的硫氧镁水泥条板。

参考文献：

[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]邓德华.提高镁质碱式盐水泥性能的理论和应用研究[D].中南大学，2005.