改性硫氧镁水泥的性能研究
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第41卷第1期2022年1月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.41㊀No.1January,2022不同矿物掺合料对改性硫氧镁水泥性能影响的研究闫浩康,王㊀硕,时绪智,袁兴栋,隋玉武,岳雪涛(山东建筑大学材料科学与工程学院,济南㊀250101)摘要:为探究矿物掺合料对改性硫氧镁水泥的影响及作用机理,分别将不同掺量的粉煤灰㊁矿粉掺入改性硫氧镁水泥中,对其力学性能㊁耐水性和耐酸性进行测试,并结合X 射线衍射和扫描电镜对其物相组成及微观形貌进行表征和分析㊂研究结果表明:粉煤灰的掺入会提高改性硫氧镁水泥的3d 强度,但后期强度有所下降,当粉煤灰掺量大于20%(质量分数)时,其28d 抗压强度相较于基准组损失了14.7%;掺入矿粉对改性硫氧镁水泥的前期强度影响较小,并导致后期强度下降,当矿粉掺量为30%~40%(质量分数)时,水泥的28d 强度损失率高达17.3%㊂适量的粉煤灰与矿粉均能够提升改性硫氧镁水泥的耐水性和耐硫酸腐蚀性,其中水泥的耐硫酸腐蚀性随着粉煤灰掺量的增加而增强,耐硫酸腐蚀效果最好时矿粉掺量为20%㊂关键词:镁质胶凝材料;改性硫氧镁水泥;矿物掺合料;粉煤灰;矿粉;耐水性能;耐酸性能;力学性能中图分类号:TU526;TQ177.5㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2022)01-0027-06Effects of Different Mineral Admixtures on Properties of Modified Magnesium Oxysulfate CementYAN Haokang ,WANG Shuo ,SHI Xuzhi ,YUAN Xingdong ,SUI Yuwu ,YUE Xuetao (School of Materials Science and Engineering,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China)Abstract :In order to investigate the effect of mineral admixtures on modified magnesium oxysulfate cement and its mechanism,different amounts of fly ash and mineral powder were blended into the modified magnesium oxysulfate cement,and the mechanical properties,water resistance and acid resistance were studied.The composition and microstructure of the material phase were characterized and analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy,respectively.The results show that the incorporation of fly ash will increase the 3d strength of modified magnesium oxysulfate cement,and the later strength decreases,its 28d compressive strength loses 14.7%compared with the reference group when the fly ash dosage is more than 20%(mass fraction).The incorporation of mineral powder has little effect on the preliminary strength of modified magnesium oxysulfate cement,and makes the later strength decrease,and the 28d strength loss rate of the cement is as high as 17.3%when the mineral powder dosage is 30%to 40%(mass fraction).Both fly ash and mineral powder are able to enhance the water resistance and sulfuric acid corrosion resistance of modified magnesium oxysulfate cement,where the corrosion resistance of cement is enhanced with the increase of fly ash admixture,and the best dosage of mineral powder with the best sulfuric acid corrosion resistance is 20%.Key words :magnesia cementitious material;modified magnesium oxysulfate cement;mineral admixture;fly ash;slag;water resistance;acid resistance;mechanical property 收稿日期:2021-08-16;修订日期:2021-10-25基金项目:山东省重点研发计划(公益性科技攻关类)(2019GSF109108)作者简介:闫浩康(1997 ),男,硕士研究生㊂主要从事绿色建材等方面的研究㊂E-mail:131****5166@通信作者:岳雪涛,博士,副教授㊂E-mail:yuexuetao@0㊀引㊀言改性硫氧镁水泥(modified magnesium oxysulfate cement)是由轻烧氧化镁㊁七水硫酸镁㊁水以及外加剂制28㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷备的一种新型气硬性镁质胶凝材料,具有轻质高强㊁耐高温等性能[1]㊂我国目前建材行业正处在飞速发展阶段,但在生产过程中一直存在效率低㊁污染严重㊁能源消耗大等问题[2],对自然环境造成了巨大的损害㊂改性硫氧镁水泥在经过热分解后可以变为原料并得以循环利用[3],这不仅能使资源得到充分利用,也有利于国民经济发展[4],是能够满足目前水泥基材料工业节能减排㊁绿色低碳㊁转型升级等需求的一种新型镁质胶凝材料㊂对于矿物掺合料在镁水泥中的应用,国内外学者展开了广泛研究㊂吴成友[5]研究了粉煤灰对硫氧镁水泥的影响,发现粉煤灰中的SiO2能够和水泥中的Mg(OH)2反应,生成一种硅酸镁水合物凝胶,使基体更加密实㊂陈从兴等[6]研究了粉煤灰和硅灰对白云石基碱式硫酸镁水泥的影响,结果表明,粉煤灰可以改善胶砂流动性,硅灰有助于提高水泥浆体早期强度㊂李利军等[7]研究了重钙粉㊁滑石粉对碱式硫酸镁水泥的强度的影响,结果表明,重钙粉有助于水泥后期抗压强度的提升,滑石粉能够大幅度提升水泥的抗折强度㊂李文超等[8]和许园园等[9]发现固硫灰可提高改性硫氧镁水泥的抗压强度,掺入不高于10%(质量分数)的固硫灰时,水泥试件的耐水性和体积稳定性得到显著改善㊂Xu等[10]指出固硫灰中含有活性SiO2,其会与MgO 反应生成M-S-H凝胶,从而提高碱式硫酸镁水泥的抗压强度和耐水性㊂本文以改性硫氧镁水泥为基本研究对象,通过加入粉煤灰㊁矿粉等矿物掺合料,来探究工业固体废弃物在新型镁质胶凝材料中的实际应用能力,研究粉煤灰㊁矿粉对改性硫氧镁水泥力学性能㊁耐水性以及耐硫酸侵蚀性能的影响,并结合X射线衍射和扫描电镜对水泥的物相组成和微观形貌进行分析㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料七水硫酸镁:采用山西省南风集团生产的质量分数为99.0%的七水硫酸镁(MgSO4㊃7H2O),其分子量为246.47,为白色或无色透明的针状或斜柱状结晶体,易溶于水㊂轻烧氧化镁:采用辽宁省海城市生产的85型轻烧氧化镁,利用水合法[11]测定原料中所含活性氧化镁(α-MgO)质量分数为47%,为淡黄色或白色粉末㊂柠檬酸:采用由国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯一水合柠檬酸(C6H8O7㊃H2O),其分子量210.14,为无色结晶或白色颗粒㊂粉煤灰(fly ash,FA):采用河北省灵寿县鼎旺矿产品加工厂生产的Ⅱ级粉煤灰,其主要成分为石英㊁氧化铝等,以球形微珠形态存在,具体化学组成和微观形貌见表1和图1(a)㊂矿粉(slag,SL):采用由灵寿县弘盛矿产品加工厂生产的S95级矿渣,其主要成分为氧化钙㊁石英等,主要形态为形状不规则的块状微粒,具体化学组成和微观形貌见表2和图1(b)㊂水:采用生活用水㊂表1㊀粉煤灰的主要化学成分Table1㊀Main chemical content of fly ashComposition CaO SiO2Al2O3MgO Fe2O3TiO2K2O Na2O Mass fraction/% 6.6847.3331.260.877.19 1.28 1.530.46表2㊀矿渣化学成分Table2㊀Main chemical content of slagComposition CaO SiO2Al2O3MgO Fe2O3TiO2K2O Na2O Mass fraction/%40.2427.1114.317.300.45 1.450.460.601.2㊀试件制备本试验中FA和SL掺量分别为轻烧氧化镁质量的0%㊁10%㊁20%㊁30%㊁40%;柠檬酸掺量为α-MgO质量的1%㊂按设计的配合比称取七水硫酸镁溶于水,得到质量分数为37%的硫酸镁溶液,即H2O和MgSO4的摩尔比为18;然后将称量好的柠檬酸加入硫酸镁溶液中,充分搅拌后,得到的均一的液体倒入水泥砂浆搅㊀第1期闫浩康等:不同矿物掺合料对改性硫氧镁水泥性能影响的研究29拌锅中,再将按摩尔比(n(α-MgO)ʒn(MgSO4)为8)称量好的轻烧氧化镁粉倒入锅中,慢搅1min,快搅2min,随后把浆体注入40mmˑ40mmˑ160mm的三联水泥胶砂试模中,在(20ʃ3)ħ㊁相对湿度为(60ʃ10)%的条件下养护,1d后脱模,然后继续在该条件下养护至规定龄期㊂图1㊀粉煤灰和矿粉的SEM照片Fig.1㊀SEM images of fly ash and mineral powder1.3㊀表征与测试试件抗压强度根据GB/T17671 1999‘水泥胶砂强度检验方法(ISO法)“进行测试㊂利用德国Bruker 生产的X射线衍射仪(D8ADVANCE)对样品进行物相分析,其中加速电压为40kV,步长0.02ʎ,扫描范围为5ʎ~80ʎ㊂本试验采用德国蔡司公司生产的SUPRA55型号热场发射扫描电子显微镜对实验样品进行断口的形貌测试㊂2㊀结果与讨论2.1㊀粉煤灰和矿粉对改性硫氧镁水泥力学性能的影响图2为分别掺入两种不同掺量的矿物掺合料制作而成的改性硫氧镁水泥在3d㊁7d和28d的抗压强度,由图可知,改性硫氧镁水泥的28d强度均会随着两种矿物掺合料的掺入而降低,并且掺合料掺量越高时,对水泥的抗压强度的影响越明显,而水泥的早期强度受矿物掺合料种类影响而有所不同㊂图2(a)可以看出掺入粉煤灰后改性硫氧镁水泥的早期3d抗压强度均有所提升,掺量为20%时强度为55.40MPa,较基准组52.2MPa提升了6.1%;图2(b)显示矿粉的掺入对改性硫氧镁水泥3d抗压强度影响不大,各掺量试件强度与基准组相差基本不超过1MPa㊂由图2还可以看出,当矿物掺合料掺量为轻烧氧化镁质量的10%和20%时,其前期强度与基准组水泥抗压强度相近,并且掺入20%粉煤灰和矿粉在养护时间到28d时强度损失量仅为1.8%和6.7%,然而当矿物掺合料掺量达到40%时,养护时间28d时两者的强度损失量分别为14.7%和17.3%㊂图2㊀各配比改性硫氧镁水泥不同龄期抗压强度Fig.2㊀Compressive strength of modified magnesium oxysulfate cement at different ages30㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷王爱国等[12]和吴成友等[13]总结了柠檬酸改性硫氧镁水泥的水化过程,水分子在MgO颗粒表面反应形成[Mg(H2O)x(OH)]+水化膜,释放OH-(见式(1));柠檬酸与水化膜反应形成络合物,从而阻碍Mg(OH)2生成(见式(2));随后络合物与溶液中的Mg2+㊁SO42-以及OH-反应生成5Mg(OH)2㊃MgSO4㊃7H2O(5㊃1㊃7相)晶核(见式(3));晶核不断生长以及MgO漏出新的表面,促进水化反应进行(见式(4))㊂MgO(s)+(x+1)H2Oң[Mg(H2O)x OH]+(surface)+OH-(aq)(1) CA n-+[Mg(OH)(H2O)x]+(surface)ң[CA n-ңMg(OH)(H2O)x-1](surface)+H2O(2) {SO2-4ң[CA n-ңMg(OH)(H2O)x-1]4ңMg2+}(surface)+6OH-ң5Mg(OH)2㊃MgSO4㊃7H2O(nucles)+(4x-13)H2O+CA n-(3)5Mg(OH)2㊃MgSO4㊃7H2O(nucles)ң5Mg(OH)2㊃MgSO4㊃7H2O(s)(4)适量的矿物掺合料可以降低水泥水化热[14],使因放热产生的细微裂纹的数量减少,从而提高试件强度;过量的掺合料则会使水泥浆体稠度增大,导致浆体搅拌不均且不易振实,并且掺合料过量会导致单位质量中活性氧化镁含量大幅降低,水化反应中MgO与水的反应速率降低,外加剂络合层与溶液中的Mg2+㊁SO2-4接触变少,单位质量中水泥的主要水化产物5㊃1㊃7相的生成量变小,从而使强度降低㊂此外,矿物掺合料在水泥体系中的前后作用较为矛盾,在早期水泥水化程度较小,适量的矿物掺合料使得基体更加密实,试件强度略有提升,到了后期MgO水化较完全,5㊃1㊃7相成为基体强度主要因素,相同掺量的矿物掺合料对MgO 的稀释作用导致水化产物减少,填充效应的影响效果大大降低,从而使得试件后期强度比基准组试件低㊂图3为掺入矿物掺合料改性硫氧镁水泥在不同养护条件下水化的XRD谱,由图3(a)可以看出,掺入粉煤灰后对改性硫氧镁水泥的水化产物影响不大,并未有新相生成,5㊃1㊃7相的衍射峰强度低于基准组,这里可以说明掺入过多粉煤灰使得单位质量中5㊃1㊃7相的生成量变小,从而使强度降低㊂从图3(b)可以看出,掺入矿粉后水泥的Mg(OH)2晶体衍射峰明显增强,MgSO4晶体的衍射峰也略有增强,而主要强度相5㊃1㊃7相的衍射峰减弱,说明矿粉会阻碍外加剂离子与[Mg(OH)(H2O)x]+的结合,从而使得MgO大量生成Mg(OH)2,原料中MgSO4反应不完全重新凝结成为晶体而成为水泥基体的薄弱部分,并减少了5㊃1㊃7相生成,而且过量的矿粉会降低水灰比,导致水泥浆体水化不完全最终使得水泥强度大幅下降㊂图3㊀各配比改性硫氧镁水泥不同养护条件的XRD谱Fig.3㊀XRD patterns of modified magnesium oxysulfate cement with different curing conditions2.2㊀粉煤灰和矿粉对改性硫氧镁水泥耐水耐酸性能的影响将正常养护28d的试块分别置于清水和5%硫酸溶液中,浸泡7d后晾干进行强度测试,测试结果如图4所示,并根据所测强度计算试件的软化系数K,如式(5)所示㊂从图中可以看出,未掺矿物掺合料的试件在经过浸水和浸酸后抗压强度出现了大幅度倒缩,软化系数为0.80,强度仅为正常养护下28d强度的79.6%和83.2%;而掺入粉煤灰后试件的耐水性与耐酸性都有所提升,其中40%掺量的试块软化系数达到了1.01,在浸水㊁浸酸处理后强度不降反升,强度分别为正常养护28d强度的101%和108%;掺入矿粉的试件在掺量为20%时耐水效果最好,软化系数为0.90,并且耐硫酸侵蚀效果最好的掺量为10%,此时抗压强度可达正常养护28d强度的97.1%㊂㊀第1期闫浩康等:不同矿物掺合料对改性硫氧镁水泥性能影响的研究31K=f F(5)式中:K为软化系数;f为浸水后试件强度;F为养护28d试件强度㊂图4㊀各配比改性硫氧镁水泥不同养护条件的抗压强度Fig.4㊀Compressive strength of modified magnesium oxysulfate cement under different curing conditions 通过图3(a)可以看出,在经过浸水和浸酸后,基准组和掺入40%粉煤灰试件的XRD谱中并未有新相生成,5㊃1㊃7相强度也几乎没有变化,而基准组试件在经过硫酸浸泡后其Mg(OH)2衍射峰略有增强,并且MgO衍射峰强度略有减小,这是因为MgO溶解并与酸产生反应而导致水泥基体疏松,从而影响强度;图5为各配比改性硫氧镁水泥的SEM照片,结合图5(b)可以看出,掺入粉煤灰后,其火山灰效应使粉煤灰表层与改性硫氧镁水泥的5㊃1㊃7相进行搭接[14],填充毛细孔道使得基体更加密实,从而提升了耐水耐酸性能㊂图5㊀各配比改性硫氧镁水泥的SEM照片Fig.5㊀SEM images of modified magnesium oxysulfate cement with different proportions 比较掺入粉煤灰和矿粉的试件在浸泡水和稀硫酸后的XRD谱,可以看出,两者皆没有生成新的水化产物㊂由图3(b)和图5(c)可以看出,掺入40%矿粉后的试件在进行耐水测试后5㊃1㊃7相衍射峰强度大幅度降低,尤其是37.35ʎ处峰值几乎为零,而Mg(OH)2衍射峰强度大大增强,使得基体中5㊃1㊃7相晶体生长长度较短且与六方片状Mg(OH)2混杂在一起,使得基体较为疏松㊂这可能是因为矿粉中含量较多的氧化钙溶于水,使得基体致密性降低,从而使5㊃1㊃7相溶解程度较大,而粉煤灰中的氧化硅㊁氧化铝等不易溶解,保证了基体的密实程度,使其强度更高㊂3㊀结㊀论(1)掺入粉煤灰和矿粉对改性硫氧镁水泥的早期强度影响不大,但会降低水泥的28d强度㊂(2)粉煤灰和矿粉对提高改性硫氧镁水泥的耐水性和耐硫酸侵蚀有积极作用,强度损失量均小于基准组试件㊂当粉煤灰掺量为40%时,经过浸水和浸酸处理的试件强度不降反升,软化系数和耐硫酸侵蚀效果最佳;当矿粉掺量为20%时软化系数最高为0.90,对试件耐水性能提升较高,掺量为10%时,耐硫酸侵蚀效32㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第41卷果最佳㊂(3)粉煤灰和矿粉掺入水泥中后并没有新水化产物生成,粉煤灰仅对水泥原料起稀释作用;矿粉会阻碍水泥中强度相5㊃1㊃7相的生成,使得5㊃1㊃7相晶体长度变短,并且会促进MgO生成Mg(OH)2㊂参考文献[1]㊀WU C Y,CHEN W H,ZHANG H F,et al.The hydration mechanism and performance of modified magnesium oxysulfate cement by tartaric acid[J].Construction and Building Materials,2017,144:516-524.[2]㊀吴中伟,陶有生.中国水泥与混凝土工业的现状与问题[J].硅酸盐学报,1999,27(6):734-738.WU Z W,TAO Y S.Cement and concrete industries in China:present state and problems[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,1999, 27(6):734-738(in 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Materials,2020,47(1):54-57(in Chinese).[7]㊀李利军,黄世麟,孙㊀航.重钙粉㊁滑石粉掺合料对碱式硫酸镁水泥强度影响的研究[J].混凝土,2020(2):101-105.LI L J,HUANG S L,SUN H.Study on the effect of heavy calcium powder and talcum powder admixture on the strength of basic magnesium sulfate cement[J].Concrete,2020(2):101-105(in Chinese).[8]㊀李文超,王晓鹏,杜俊朋,等.固硫灰对硫氧镁水泥物理性能的影响[J].绿色建筑,2017,9(5):97-101.LI W C,WANG X P,DU J P,et al.Influence of CFB ashes on magnesia cement physical property[J].Green Building,2017,9(5):97-101 (in Chinese).[9]㊀许园园,徐㊀迅,卢忠远,等.固硫灰对硫氧镁水泥性能的影响研究[J].新型建筑材料,2016,43(9):14-17.XU Y Y,XU X,LU Z Y,et al.The influence of CFBC fly ash on magnesium oxysulfate cement properties[J].New Building Materials,2016, 43(9):14-17(in Chinese).[10]㊀XU X,XU Y Y,DUAN L L.Effect of fineness and components of CFBC ash on performance of basic magnesium sulfate cement[J].Construction and Building Materials,2018,170:801-811.[11]㊀董金美,余红发,张立明.水合法测定活性MgO含量的试验条件研究[J].盐湖研究,2010,18(1):38-41.DONG J M,YU H F,ZHANG L M.Study on experimental conditions 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改性硫氧镁复合墙板抗翘曲变形试验研究收稿日期:2018-10-25基金项目:辽宁科技大学2018年国家级大学生创新创业训练计划项目(201810146035);辽宁科技大学2017年校研究生教育改革与创新项目(2017YJSCX07)作者简介:梁媛媛(1996-),女(汉族),辽宁鞍山人,本科。
通讯作者:关岩(1971-),女(满族),辽宁大连人,博士,副教授,研究方向镁质胶凝材料及耐火材料。
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气硬性胶凝材料,其体系为MgO-MgSO 4-H 2O 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。
梁媛媛,关岩,毕万利,陈啸洋(辽宁科技大学高温材料与镁资源工程学院,辽宁鞍山114051)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【实验平台】表1原料的化学组成表2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6min 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。
改性氯氧镁水泥轻质墙体材料的研究肖力光 张伟吉林建筑工程学院摘 要 本研究从抗水外加剂、活性混合材、减水剂、高分子聚合物以及轻骨料等几个方面对氯氧镁水泥进行改性,制成了改性氯氧镁水泥多孔混凝土墙体砌块、改性氯氧镁水泥陶粒泡沫混凝土墙体砌块以及改性氯氧镁水泥轻质隔墙板等墙体材料。
关键词 氯氧镁水泥 改性 轻质墙体材料1 引言氯氧镁水泥也称镁质水泥或So rel水泥,自1867年So rel发明以来,已有100多年的历史,它有许多性能优于波特兰水泥:不需要湿养护,防火性能好,导热系数小,耐磨性好,早期强度高,耐油、抗有机溶剂,抗普通盐和硫化物侵蚀的性能也相当好。
利用氯氧镁水泥可制成改性氯氧镁多孔混凝土墙体砌块、改性氯氧镁陶粒泡沫混凝土墙体砌块以及改性氯氧镁轻质隔墙板等墙体材料。
上述墙体材料具有生产工艺简单,投资少,软化系数高,轻质高强等优点,各项性能符合国家标准。
2 改性氯氧镁多孔混凝土墙体砌块2.1 主要原材料及性能(1)、轻烧镁粉轻烧镁粉是用菱镁矿石(M gCO3)经750~850℃煅烧后再磨细而成。
是一种白色或浅黄色的粉末,其物理性能要求如下:比重:3. 2g c m3;细度:在120目 平方厘米筛上筛余量<2%。
其化学成分要求如下:M gO≥80%;收稿日期:199815122CaO≤2.0%;烧失量<9%;初凝时间:不早于45分钟,终凝时间:不迟于8小时。
(2)、卤粉(块、片或粒状)卤粉应易溶于水,不溶解的沉淀物<0. 5%;M gC l2含量≥45%;SO42-含量<2%; N aC l含量<2%。
(3)、粉煤灰粉煤灰含有相当高的无定形硅质材料。
主要化学成分如下:Si O2:40~60%;A l2O3:15~30%;Fe2O3:2~15%;烧失量<10;采用磨细粉煤灰。
(4)、外加剂采用抗水外加剂、激发剂、减水剂、高分子聚合物。
(5)、发泡剂发泡剂的效率,一般以它的坚韧性、泌水性、发泡倍数等三种性能来评定。
中文摘要硫氧镁水泥工艺品是以硫氧镁胶凝材料为基础,加入农作物废弃物和工业废渣等填料,经涂浆糊布法制备而成。
所用的轻烧MgO为低品质轻烧MgO,是由低品位菱镁矿煅烧的,MgO的含量低于80%的轻烧粉。
由于MgO的含量不同,则其杂质含量也有不同。
因此,研究低品质轻烧MgO对硫氧镁水泥性能的影响,以低品质轻烧MgO、高掺量工业废渣制备硫氧镁水泥为基材,以农业废弃物(秸秆、锯末)为填料制备绿色、轻质、高强、透气、耐水镁质工艺品,能够解决低品位菱镁矿及大量工农业废弃物高效利用的问题,提高我国镁制品附加值和经济效益,服务地方经济。
本文首先研究活性为65%、70%、78%的轻烧MgO对硫氧镁水泥的性能影响,试验结果表明:低活性MgO制备的硫氧镁水泥的抗压强度为80.6MPa,抗冻融循环次数达为十次,而高活性MgO制备的硫氧镁水泥的抗压强度为40.6MPa,抗冻融循环次数达仅为五次。
然后采用四种不同硅钙含量的轻烧MgO制备硫氧镁水泥,并研究硅钙含量对性能的影响。
试验结果表明:随着硅、钙含量的增加,硫氧镁水泥1d龄期抗压强度从31.3MPa增加至48.7MPa,增加率为55%;7d龄期抗压强度从44.5MPa 增加至55.6MPa,增加率为25%;28d抗压强度由原来的54.2MPa增加到66.7MPa,增加率为23%,强度影响率从1d龄期的55%降低至28d龄期的23%。
但泡水28d 后抗压强度损失率从17.2%增加至47.8%,软化系数逐渐降低,耐水性变差。
为了进一步研究硫氧镁水泥的性能,本文又研究了养护条件对强度的影响。
试验结果表明:在相对湿度90±5%,温度45±2℃条件下,硫氧镁水泥3d龄期的抗压强度达到最大值60MPa,而在温度20±2℃和温度30±2℃时,抗压强度的最大值在7d龄期时达到最大值。
说明高温高湿条件有利于硫氧镁水泥早期强度的提高,但是后期过高的湿度条件下会导致硫氧镁水泥出现倒缩。
新型外加剂改善硫氧镁水泥性能的试验研究朱效甲;朱效涛;朱玉杰;朱倩倩;朱效兵;刘念杰;张秀娟;刘蓉梅【摘要】为了改善硫氧镁水泥的性能,研究了增强剂K剂、耐水剂E剂对硫氧镁水泥凝结时间、抗折强度、抗压强度及耐水性能的影响.通过XRD、SEM分析表征手段,对改性硫氧镁水泥水化产物的物相组成及微观形貌进行了分析.结果表明,增强剂K剂延缓了硫氧镁水泥的凝结时间,大幅度提高了硫氧镁水泥强度.耐水剂E剂有效抑制了Mg(OH)2的生成,促进了5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O(517相)的生成,进而提高了硫氧镁水泥强度和耐水性.XRD图谱显示,改性硫氧镁水泥硬化体的主要结晶相为517相;SEM图片显示,改性后的硫氧镁硬化体微观结构主要是分布均匀、晶相为针棒状的517晶体组成,晶体之间相互穿插,并与Mg(OH)2凝胶相互填充,使得结构更加致密,从而改善了硫氧镁水泥技术性能.【期刊名称】《建材技术与应用》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P6-11)【关键词】硫氧镁水泥;耐水剂;增强剂;凝结时间;力学性能;软化系数;结晶形貌【作者】朱效甲;朱效涛;朱玉杰;朱倩倩;朱效兵;刘念杰;张秀娟;刘蓉梅【作者单位】济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031;济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031;济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031;大连理工大学,辽宁大连 116024;济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031;济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031;济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031;济南市杰美菱镁建材研究所,山东济南 250031【正文语种】中文【中图分类】TQ172.1引言硫氧镁水泥(Magnesium Oxysulfate Cement,MOS)具有质量轻、防火耐温、保温隔热、低碳环保、不易腐蚀金属等优点,是镁质胶凝材料未来的发展方向。
第39卷第2期2020年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETINOFTHECHINESECERAMICSOCIETYVol.39㊀No.2Februaryꎬ2020不同矿物掺料对硫氧镁水泥耐热性能的影响崔宝栋1ꎬ2ꎬ关㊀岩1ꎬ2ꎬ毕万利1ꎬ2ꎬ滕笑语1ꎬ梁媛媛1ꎬ2ꎬ陈㊀英1ꎬ2ꎬ孟宪章1(1.辽宁科技大学材料与冶金学院ꎬ鞍山㊀114051ꎻ2.辽宁科技大学科大峰驰镁建材研究院ꎬ鞍山㊀114051)摘要:通过在硫氧镁水泥(MOS)净浆中加入复合外加剂及不同混合材料ꎬ分析了不同温度下对MOS热膨胀率㊁线变化㊁烧失量以及烧后力学性能的影响ꎮ利用X射线衍射仪㊁扫描电镜及同步热分析仪对试样进行检测ꎬ并分析了受热前后试样矿物组成㊁微观形貌的变化ꎬ阐述了受热过程中发生的理化反应等ꎮ结果表明ꎬ引入复合外加剂㊁粉煤灰或硅灰均可在一定程度上提高MOS受热后的强度ꎬ为硫氧镁水泥在高温领域的应用提供了理论基础ꎮ其中引入1.3%复合外加剂的试样500ħ烧后强度最高ꎬ达到45.3MPaꎬ较净浆提高了55.8%ꎬ引入20%硅灰的试样受热后呈现先收缩后膨胀的现象ꎬ500ħ烧后强度达到38.5MPaꎬ较净浆强度提高了35%ꎮ实验结果表明ꎬ硫氧镁水泥的最高使用温度为800ħꎮ关键词:硫氧镁水泥ꎻ耐热性能ꎻ矿物掺料ꎻ微观形貌中图分类号:TQ172㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001 ̄1625(2020)02 ̄0428 ̄07EffectofDifferentMineralAdmixturesonHeatResistanceofMagnesiumOxysulfateCementCUIBaodong1ꎬ2ꎬGUANYan1ꎬ2ꎬBIWanli1ꎬ2ꎬTENGXiaoyu1ꎬLIANGYuanyuan1ꎬ2ꎬCHENYing1ꎬ2ꎬMENGXianzhang1(1.SchoolofMaterialsandMetallurgyꎬUniversityofScienceandTechnologyLiaoningꎬAnshan114051ꎬChinaꎻ2.ResearchInstitutionofKedaFengchiMagnesiumBuildingMaterialsꎬUniversityofScienceandTechnologyLiaoningꎬAnshan114051ꎬChina)Abstract:Basedonmagnesiumoxysulfatecement(MOS)netslurrymixedwithcompoundadmixtureanddifferentmaterials.AndMOSthermalexpansionrateꎬlinearchangeꎬignitionlossandtheinfluenceofmechanicalpropertiesafterburnwereanalyzedunderdifferenttemperatures.X ̄raydiffractometerꎬscanningelectronmicroscopeandsynchronousthermalanalyzerwereusedtotestthesamples.Thechangesofmineralcompositionandmicromorphologyofthesamplesbeforeandafterheatingwereanalyzed.Thephysicalandchemicalreactionsduringheatingweredescribed.TheresultsshowthattheintroductionofcompositeadmixturesꎬflyashorsilicafumecanimprovethestrengthofMOSafterheatingtoacertainextentꎬwhichprovidesatheoreticalbasisfortheapplicationofMOSinhightemperaturefield.Thesamplewith1.3%compositeadmixturehasthehigheststrengthafterfiredat500ħꎬthestrengthis45.3MPaꎬwhichis55.8%higherthanthatofpureslurry.Thesamplewith20%silicafumeexhibitsthephenomenonofshrinkageandexpansionafterheating.Thestrengthafterfiredat500ħreaches38.5MPaꎬwhichis35%higherthanthatofpureslurry.TheexperimentalresultsshowthatthemaximumservicetemperatureofMOSis800ħ.Keywords:magnesiumoxysulfatecementꎻheatresistanceꎻmineraladmixtureꎻmicrostructure基金项目:辽宁省镁产业协同创新中心开放课题基金(USTLXT201803)ꎻ辽宁科技大学研究生科技创新项目(LKDYC201811)ꎻ辽宁科技大学服务地方经济发展项目(LKDFW201802)ꎻ辽宁科技大学研究生教育改革与创新项目(2018YJSCX09)作者简介:崔宝栋(1995 ̄)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎮ主要从事镁质胶凝材料方面的研究ꎮE ̄mail:cuibaodong@163.com通讯作者:关㊀岩ꎬ副教授ꎮE ̄mail:15841293909@163.com0㊀引㊀言目前ꎬ水泥工业必须走优质㊁优用㊁低耗㊁环境相容的可持续发展道路[1]ꎮ我国蕴含丰富的菱镁矿资源ꎬ为镁质胶凝材料的广泛应用提供了丰富的原材料[2]ꎮ目前使用的氯氧镁水泥具有吸潮反卤㊁抗水性差和变㊀第2期崔宝栋等:不同矿物掺料对硫氧镁水泥耐热性能的影响429形等缺点[3]ꎬ因此具有热膨胀性低㊁导热系数小㊁体积稳定同时还具有较高机械强度的MOS制品应运而生ꎮMOS是由轻烧氧化镁和一定浓度的硫酸镁水溶液组成的MgO ̄MgSO4 ̄H2O三元胶凝体系[4]ꎬ与普通硅酸盐水泥相比ꎬMOS制品具有质轻㊁碱度低㊁耐火等优点[5]ꎬ因此可做轻质耐火隔墙板等建筑材料ꎮ近年来ꎬ人们发现了517晶相(5Mg(OH)2 MgSO4 7H2O)ꎬRun㊅cevski等[6]解析了改性MOS水泥中的517相晶体结构ꎬ通过化学外加剂的品种和添加时间达到了对水泥浆体流动度和凝结时间的控制[7]ꎮ而对于517相晶体结构而言ꎬ当弱酸作为外加剂时ꎬ能良好的改进整个胶凝体系的pH值ꎬ更有利于517晶相生长[8]ꎬ通过提高了硫氧镁胶凝材料的密实度而提高强度ꎬ改性后水泥相的耐压强度和耐水性能明显提高[9]ꎮ因此ꎬ可以大大改善这些材料的微观结构和最终的物理力学性质[10]ꎮ但针对MOS耐热性能也就是加热后的性能影响因素的研究是空白领域ꎬ国内外研究甚少ꎮ近年来ꎬ黄志雄[11]㊁张勇[12]等对氯氧镁水泥的热分解过程做了一些研究ꎬ在此基础上ꎬ应用热力学研究MOS水泥基材料的物理化学特性ꎬ以及对热处理后的各种性能研究显得尤为重要ꎮ希望以此来填补这一方面的实验空白ꎮ实验向MOS中掺入复合外加剂和不同活性混合矿物掺料ꎬ检测了在500ħ㊁800ħ以及1000ħ下煅烧后的MOS试样性能的各项指标ꎬ并利用衍射㊁扫描电镜及综合热分析等手段检测了MOS试样在不同温度下的热稳定性㊁相组成及微观结构ꎬ分析了MOS制品在高温环境下应用的可行性ꎮ1㊀实㊀验1.1㊀原㊀料(1)轻烧氧化镁粉(MgO)试验用轻烧氧化镁粉为辽宁海城某厂提供ꎬ粒度为200目ꎬ并采用水合法[13]检测的氧化镁活性为63.2%ꎮ其化学成分见表1ꎮ表1㊀轻烧氧化镁粉化学组成Table1㊀Chemicalcompositionoflightburnedmagnesium/%CompositionMgOCaOFe2O3Al2O3SiO2LOIContent79.961.720.590.7010.406.63㊀㊀(2)七水硫酸镁试验用七水硫酸镁为分析纯试剂(公司为天津市瑞金特化学有限公司)ꎮ(3)活性填料活性填料选择本溪某厂Ⅱ级粉煤灰和硅灰ꎬ硅灰是冶金电炉排放的粉尘ꎬ为浅灰色粉末ꎮ试验所用粉煤灰㊁硅灰成分如表2ꎬ表3所示ꎮ表2㊀粉煤灰化学组成Table2㊀Chemicalcompositionofflyash/%CompositionCaOSiO2Fe2O3MgOSO3K2OAl2O3Na2OCl-LOIContent9.0953.374.921.940.961.3620.850.300.077.14表3㊀硅灰化学组成Table3㊀Chemicalcompositionofsilicafume/%CompositionSiO2Na2OAl2O3K2OFe2O3TiO2Content98.430.050.50.020.40.6㊀㊀(4)外加剂:实验室自制复配外加剂ꎬ引入量为轻烧氧化镁粉质量的1.3%ꎮ1.2㊀实验方法经前期实验结果[14]ꎬ实验将n(MgO)ʒn(MgSO4)ʒn(H2O)摩尔比确定为10ʒ1ʒ20ꎮA#为MOS净浆试样ꎻB#为引入10%粉煤灰[15]的MOS试样ꎬ粉煤灰可以作为MOS的物理改性剂使用[16]ꎻC#为添加1.3%复430㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷合外加剂的MOS试样ꎻD#为添加20%硅灰的水泥试样ꎮ在温度(24ʃ2)ħꎬ湿度(70ʃ5)%的条件下养护28d后ꎬ将试样分别在500ħ㊁800ħ㊁1000ħ温度下保温2hꎬ自然冷却后ꎬ进行各项性能检测ꎮ本试验常温下未处理的试样对应编号为A0㊁B0㊁C0㊁D0ꎮ实验配方见表4ꎮ表4㊀不同MOS试样的配方Table4㊀FormulationofdifferentMOSsamplesSampleMoleratioMineraladmixtures/%Holdingtemperature/ħˑ2hA110ʒ1ʒ200500A210ʒ1ʒ200800A310ʒ1ʒ2001000B110ʒ1ʒ2010500B210ʒ1ʒ2010800B310ʒ1ʒ20101000C110ʒ1ʒ201.3500C210ʒ1ʒ201.3800C310ʒ1ʒ201.31000D110ʒ1ʒ2020500D210ʒ1ʒ2020800D310ʒ1ʒ202010001.3㊀试样测试采用荷兰帕纳科公司生产的XᶄPertPowder型衍射仪分析物相组成(CuKαradiationꎬ)λ=0.15406nmꎬ40kVꎬ40mAꎬ扫描范围2θ=10ʎ~90ʎꎬ步长为0.01ʎ)ꎻ采用德国耐驰公司生产的STA449F3同步热分析仪做DSC及TG分析(N2环境下ꎬ升温速率为10ħ/minꎬ升温至1000ħ停止)ꎬ表征反应产物的热分解ꎻ采用德国蔡司SigmaHD场发射高分辨率扫描电镜分析烧前㊁烧后试样断口部分的微观结构及组织形貌ꎮ采用德国耐驰公司生产的DIL ̄402热膨胀测试仪测热膨胀率(升温速率为10ħ/min)ꎮ实验使用的马弗炉为上海成顺仪器公司生产的SX2 ̄4210箱式高温电炉(升温速率为10ħ/min)ꎮ2㊀结果与讨论2.1㊀煅烧温度对不同硫酸镁水泥收缩率及烧失率的影响图1㊀不同温度下烘烤后的烧失率与收缩率变化Fig.1㊀Changesinburninglossrateandcontractionrateafterbakingatdifferenttemperatures实验结果见图1ꎬ相对于MOS净浆A#试样而言ꎬ随着温度的提高ꎬB#㊁C#㊁D#试样的烧失率㊁收缩率均呈增加的趋势ꎬ图中还可以看出ꎬ在煅烧温度相同的条件下ꎬ添加改性剂及掺合料的B#㊁C#㊁D#均降低了MOS的烧失率ꎬ特别是D#试样ꎬ加入20%硅灰的试样烧失率最低ꎬ500ħ时为22.69%ꎬ比净浆水泥降低了9.01%ꎬ800ħ时为25.03%ꎬ比净浆水泥降低了9.67%ꎬ1000ħ时为30.31%ꎬ比净浆水泥降低了8.39%ꎬ加入不同填料后ꎬ相对于硫氧镁水泥净浆A#试样而言ꎬ随着温度的提高ꎬB#㊁C#㊁D#试样的烧失率㊁收缩率均呈增加的趋势ꎬ主要是由于随着温度的升高ꎬ试样内部水化物逐步失去结晶水ꎬ500ħ左右碱式硫酸镁中结合水分解ꎬ形成MgSO4和MgOꎬ以及MgCO3的分解和CaMg(SO4)2的分解反应ꎬ900~1000ħ为MgSO4分解ꎮ综上所述ꎬ引入1.3%复合外加剂的试样500ħ烧后强度最高ꎬ达到45.3MPaꎬ较净浆提高了55.8%ꎬ引入20%硅灰的试样受热后呈现先收缩后膨胀的现象ꎬ500ħ烧后强度达到38.5MPaꎬ较净浆强度提高了35%ꎮ对收缩率的影响ꎬ随着温度的升高ꎬ收缩率增大ꎬD#试样在800ħ及1000ħ温度下ꎬ收缩率相比其它试样同温度下较低ꎬ说明加入20%硅灰的试样在高温下的体积稳定性较好ꎬ不易开裂ꎮ第2期崔宝栋等:不同矿物掺料对硫氧镁水泥耐热性能的影响431㊀2.2㊀煅烧温度对不同MOS耐压强度的影响从图2中可以看出ꎬ常温下ꎬ加入改性剂及掺合料后的试样强度均高于硫氧镁水泥净浆的强度ꎮ随着加热温度的升高ꎬ试样强度均呈下降的趋势ꎬ800ħ烧后强度为10.5MPaꎬ达到1000ħ后ꎬ强度几乎为零ꎮ其中加入1.3%复合改性剂的C#试样的烧后强度最高ꎬ加入硅灰的D#试样强度其次ꎮ主要原因是加入复合外加剂后水泥内部产生强度相5Mg(OH)2 MgSO4 7H2O(517相)ꎬ并促进其由凝胶状生长为517晶体相ꎬ所有气孔内部均生成大量的517晶须ꎬ因此强度得到提高ꎮ同时ꎬB#㊁D#试样中的活性SiO2常温下与活性MgO反应ꎬ生成MgSiO3凝胶ꎬ填充试样中的空隙ꎬ使水泥基体变得致密ꎬ增加了硫氧镁水泥的抗压强度ꎮ随着温度的继续升高ꎬ这些常温结合相及水化产物逐步分解ꎬ产生大量的气孔ꎬ导致试样疏松ꎬ强度下降较快ꎬ900~1000ħ为MgSO4分解ꎬ使试样完全丧失强度ꎮ图2㊀煅烧温度对MOS耐压强度的影响Fig.2㊀EffectofcalcinationtemperatureoncompressivestrengthofMOS图3㊀不同试样500ħ下热膨胀率的变化曲线Fig.3㊀Curvesofthermalexpansionofdifferentsamplesat500ħ2.3㊀不同MOS试样热膨胀系数的变化从图3可以看出ꎬ所有试样均在275ħ之前为剧烈收缩ꎬ375ħ左右C#试样热膨胀率由0开始逐步上升ꎬ呈现膨胀现象ꎬ425ħ以后D#试样热膨胀率由0开始逐步上升ꎬ呈现膨胀现象ꎮ多数试样在450ħ之后开始收缩ꎬ为Mg(OH)2的分解引起的收缩ꎬ500ħ之后继续分解ꎬ体积收缩ꎮ图中还可以看出ꎬ加入复合外加剂的C#试样及加入20%硅灰的D#试样的收缩率小ꎬ说明复合外加剂和硅灰的加入可以抑制MOS的线收缩ꎬ体积稳定性有所加强ꎮ相比而言ꎬ10%粉煤灰的加入由于引进了较多的掺合料ꎬ粉煤灰微粒粒径大于硅灰微粒粒径且粉煤灰发生团聚后具有一定的空间立体结构ꎬ同时增加了成型时需水量ꎬ所以在高温下反应水分流失过多ꎬ因此ꎬ导致线收缩较大ꎮ2.4㊀煅烧温度对MOS矿物组成的影响图4~图7为添加不同外加剂的MOS在不同温度煅烧后的XRD图谱ꎮ图4㊀常温下不同MOS的XRD图谱Fig.4㊀XRDpatternsofdifferentMOSatroomtemperature图5㊀MOS物相500ħ的XRD图谱Fig.5㊀XRDpatternsofMOSphaseat500ħ432㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷图6㊀MOS物相800ħ的XRD图谱Fig.6㊀XRDpatternsofMOSphaseat800ħ图7㊀MOS物相1000ħ的XRD图谱Fig.7㊀XRDpatternsofMOSphaseat1000ħ根据图4可知ꎬ仅加入复合改性剂的C#MOS试样中有517相生成ꎬ且517相衍射峰尖锐㊁峰宽较窄㊁强度高ꎬ说明试样中517晶相结晶良好ꎻ其他活性填料引入的B#㊁D#试样中均存在SiO2㊁MgCO3晶相生成ꎬD#试样中含有正常水化反应出的MgSiO3ꎬ以及较多的Mg(OH)2ꎬ由于形成Mg(OH)2凝胶相ꎬ因此Mg(OH)2峰型为馒头状ꎬ较平缓ꎮ经500ħ烧后ꎬ该峰在不同试样中全部消失(如图5所示)ꎬ因为Mg(OH)2分解温度为350ħꎬ分解后生成氧化镁以及较多的气孔ꎬ导致强度下降ꎮ同时消失的还有517相ꎬ而对于D#试样ꎬ仍保留着MgSiO3ꎮ图6为经过800ħ煅烧后ꎬA#㊁B#㊁C#从250ħ到794ħ为无水碱式硫酸镁中的结合水分解ꎬ形成MgSO4和MgOꎬ图7为经过1000ħ煅烧后的物相图谱ꎬ经分析794ħ到1000ħ为MgSO4分解ꎬ全部剩余MgOꎬ而对于添加硅灰作为外加剂的D#试样在800ħ下反应出来Mg2SiO[17]4ꎬ并在升高温度至1000ħ下仍然存在ꎬ且并未发生反应ꎮ上述实验表明ꎬMOS的强度相517相ꎬ最佳使用温度为500ħ以下ꎬ超过此温度ꎬ由于大量的水化产物及凝胶相的失水与分解ꎬ造成制品强度大大下降ꎬ因此ꎬ提高MOS的高温性能还需要进行掺加矿物掺合料或改变其内部结构ꎬ提高水化相的分解温度等ꎮ图8㊀不同试样的DSC及TG曲线Fig.8㊀DSCandTGcurvesofdifferentsamples2.5㊀不同试样的综合热分析图8为不同试样的DSC及TG曲线ꎮ参照2.4节中XRD分析结果可以得出ꎬ从室温至1000ħ实验温度之间ꎬ每种试样均出现4段失重峰ꎬ250ħ之前为镁水泥水化产物中结构水的失去ꎬ得到无水碱式硫酸镁相ꎬ即5Mg(OH)2 MgSO4ꎬ随之ꎬ在400ħ左右Mg(OH)2开始分解ꎬ450~900ħ之间无水碱式硫酸镁中的结合水分解ꎬ形成MgSO4和MgOꎬ以及少量杂质MgCO3的分解ꎬ900~1000ħ为MgSO4分解吸热峰ꎮC0加入复合外加剂的MOS试块的失重曲线在第一个峰处失重最大ꎬ达到10%左右ꎬ同时对应的DSC曲线中出现非常明显的2个吸热峰ꎬ可以判断为失去物理吸附水和生成的水化产物517相的分解反应ꎮ其他试样中没有517第2期崔宝栋等:不同矿物掺料对硫氧镁水泥耐热性能的影响433㊀相ꎬ因此没有明显的吸热峰ꎮ说明该试样水化产物含量较高ꎬ在受热汽化时也会吸收一部分热量ꎬ而第二个DSC吸热峰ꎬ参考XRD图谱ꎬ该温度下发生的反应为Mg(OH)2分解反应以及MgCO3的分解反应ꎮB0试样的峰曲线变化不明显ꎬ说明粉煤灰的加入并没有改变MOS的水化产物ꎮ整个MOS体系在加热过程出现多个吸热峰ꎬ可以有效缓解体系温度升高ꎬ因此MOS具有较好的防火㊁隔热性能ꎮ2.6㊀不同MOS受热后的微观形貌分析图9~图13分别为不同试样对应的SEM照片ꎮ图9㊀A0试样气孔及基体SEM照片Fig.9㊀SEMimagesofporeandmatrixofA0sample图10㊀C0试样气孔及基体SEM照片Fig.10㊀SEMimagesofporeandmatrixofC0sample图11㊀A1试样SEM照片Fig.11㊀SEMimageofA1sample图9(a)中并未出现任何晶须状物质ꎬ图9(b)中基质部分为层片状ꎬ分析为Mg(OH)2ꎮ图10(a)的气孔中则生成了较多的针状晶须物质ꎬ结合XRD图谱分析为517晶相ꎬ此外ꎬ图10(b)的基体中亦生成了大量针状的517晶相ꎬ且517晶相交叉生长形成网状结构ꎬ这为MOS试样提供了较高的强度ꎮ图11为A1的SEM照片ꎬ图中可以看出原来附着在氧化镁颗粒表面的Mg(OH)2片状已经分解ꎬ氧化镁颗粒暴露在表面ꎬ但内部仍有少量未完全分解的Mg(OH)2连接颗粒ꎬ使试样残余一定的强度ꎮ图12(a)中可以看出ꎬ经过500ħ煅烧之后的C#试样气孔内仍残存少量的517晶须ꎬ比煅烧前变得稀疏ꎬ且长宽比降低ꎬ基质部分由氧化镁颗粒㊁Mg(OH)2晶体等组成ꎬ图12(b)左侧为受热面ꎬ从左到右为全部分解后剩余的MgO球型晶粒ꎬ过渡带为Mg(OH)2凝胶相和MOS水化物最右侧未完全分解的517晶须(能谱分析为含有Mg㊁S㊁O等元素ꎬ对应比例为2ʒ1ʒ5)ꎬ在500ħ煅烧温度下ꎬMOS内水化产物分解生成MgOꎬ由于氧化镁颗粒密集分布在表面ꎬ阻止了热量的传递ꎬ因此ꎬ内部仍存在Mg(OH)2片状晶体及517晶须ꎬ这些物质的存在使基体更加致密ꎬ保证了MOS具有较高的强度ꎮ434㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷图12㊀C1试样的SEM照片Fig.12㊀SEMimagesofC1sample3㊀结㊀论(1)加入1.3%复合外加剂的试样500ħ烧后强度最高ꎬ达到45.3MPaꎬ较净浆提高了55.8%ꎬ加入20%硅灰的试样受热后呈现先收缩后膨胀的现象ꎬ500ħ烧后强度达到38.5MPaꎬ较净浆强度提高了35%ꎬ800ħ烧后强度达到10.5MPaꎬ与其他试样相差无几ꎬ且强度均呈现逐步下降的趋势ꎬ1000ħ下所有试样强度近乎丧失ꎬ所以硫氧镁水泥的最高使用温度为800ħꎮ(2)加入1.3%复合外加剂以及加入20%硅灰的MOS经热膨胀系数的测试ꎬ随着温度的升高呈现先快速收缩㊁收缩减缓㊁微膨胀㊁再收缩的现象ꎬ这种现象保证了MOS做为结合剂使用时试样的体积稳定性ꎮ(3)加入1.3%复合外加剂的试样在相同温度下较其他试样具有较高的吸热能力ꎬ200ħ之前的吸热峰为517相分解吸热峰ꎬ该峰的存在降低了体系的温度ꎬ经500ħ烧后ꎬSEM分析可以看出受热面附近517相全部分解ꎬ形成MgO球型晶粒ꎬ而试样内部气孔中仍存在少量517晶须ꎬ因此具有较好的阻燃㊁隔热的性能ꎬ从而证明了改性后硫酸镁水泥具有阻燃㊁隔热的性能ꎮ参考文献[1]㊀吴中伟ꎬ陶有生.中国水泥与混凝土工业的现状与问题[J].硅酸盐学报ꎬ1999ꎬ27(6):734 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