氯氧镁水泥泡沫混凝土的优化试验.pdf

2 0 1 3年 第 3 期 (总 第 2 8 1 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No ． 2 8 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL T EeHNOL0GY d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 3 ．0 3 ． 0 3 8 氯氧镁水泥泡沫混凝土的优化试验 戴民，张鹤译 ( 沈阳建筑大学 材料科学与工程学院 ，辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 以轻烧氧化镁粉、 无水氯化镁为氯氧镁水泥主要原材料， 加入双氧水作为发气剂制备氯氧镁水泥发泡混凝土。 设计 ( 3 ) 正交试验 ， 以轻烧镁粉与无水氯化镁的摩尔 比、 水灰比、 双氧水掺量 、 试验温度为因素， 每个因素三水平， 设计 9 组试验制备氯氧镁水 泥发泡混凝土 ， 并对试验样品进行相关力学性能及物理陛能测试 ， 试验结果表明： 在轻烧镁粉与无水氯化镁的摩尔比为 7 ： 1 ， 水灰 比为 0 ． 5 5 ， 双氧水 7 ％掺量 ， 温度为 6 5 ~ C 可以制得表观密度较低 ， 强度较高 ， 以及其他相关性能较好 的氯氧镁水泥发泡混凝土材料。 关键词 ： 正交设计 ；氯氧镁水泥；抗压强度 ；吸水率 中图分类号： T U 5 2 8 ． 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 1 3 4 — 0 3 St u dy on m agne si um oxy chl or i de c ement mat er i al w i t h por ou s w it h or t hogonal e xper i m en t DAIM i n， ZHANG He - y i ( S c h o o l o f Mate ri a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g J i a n z h uUn i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：The ma g ne s i u m o c yc h l o r i d e c e me nt ma t e ria l wi t h po r o us wa s p r e pa r e d b y l i g h t c a l c i n e s i a ma gn e s i a a n d ma g ne s i u m o x y c h l o r i d e a s r a w ma t e r i a l ， h y d r o g e n p e r o x i d e a s v e s i c a n t ． T h e Ort h o g o n a l e x p e r i me n t s L 9( 3 )we r e d e s i gne d ， wh i c h f o u r f a c t o r s a n d t h r e e l e v e l s i nc l ud e d t he mo l ar r a t i o o f l i g h t c a l c i n e s i a ma gn e s i a a n d ma gn e s i u m o xy c hl o r i d e， the wa t e r — c e me n t r a t i o， the c on t e n t o f h y dro g e n p e r o x i d e an d the t e mp e r a t u r e o f t h e e x pe r i me n t ．Th e r e we r e ni n e e x pe r i me n t s t o p r e p are d ma gn e s i um o c y c hl o r i d e c e me n t ma t e r i a l wi th p o r o us a c c o r d i n g t o a b o v e d e s i gn ， a n d t e s t t he me c h a n i c a l p r o pe r t i e s a n d p h ys i c a l p r o p e r t i e s o f n i n e s a mp l e s ．Th e r e s u l t s d e n o t e d tha t c o u l d ma k e ma gn e s i um o c y c hl o r i de c e me n t ma t e r i a l wi th p or o us wh i c h h a v e l o w de n s i t y， hi g h s t r e n g t h a n d o t he r r e l a t e d p e r f o r m a n c e w a s p r e f e r a b l e w h e n th e mo l a r r a t i o o f l i ght c a l c i n e s i a m a g n e s i a a n d ma gne s i u m o x y c h l o r i d e w a s 7 ： 1 ． wa t e r — c e me n t r a t i o w a s O． 5 5． the c o n t e n t o f h ydro g e np e r o xi d ewa s 7 ％ an dt e mp e r a t ur ewa s 65℃ ． K e y w o r d s ： o r t h o g o n a l e x p e r i me n t s ； ma gn e s i u m o c y c h l o r i d e c e me n t ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； wa t e r a b s o r p t i o n 0 引 言 泡沫混凝土作 为一种无机建筑材料 ， 具有 质量轻 、 保 温隔热好 、 防火性能优 良等特点 ， 已在我 国建筑工程 中得 到广泛应用 。 其胶凝 材料主要以普通硅酸盐水泥 、 硫铝酸 盐水 泥为主。 氯氧镁水泥具有很多优点 ， 如质量轻 、 凝结硬 快 、 强度高 、 不燃烧等。 用于泡沫混凝土可进一步降低制 品 表观密度 、 提高早期强度 。 我 国菱镁矿储量居世界第一 ， 很 多地 区的大型盐场 可提供 Mg C 1 。 本试验 通过改变 Mg O 与 Mg C 1 的摩尔比、 水灰 比、 双氧水掺量 、 反应温度来探讨 以上因素对氯氧镁水泥发泡混凝土性能的影响。 1 试验 方案 1 ． 1 原材料 轻烧氧化镁粉末 ， Mg 0含量为 9 0 ％， 活性氧化镁含量 7 5 ％左右 ， 产 自辽 宁大 石桥 ； 无水 氯化 镁 ， 工业 级 ， 含 量 5 7 ％左右 ， 产 自辽宁大石桥 ； H2 0 ， 分析纯 ， 浓度为 3 0 ％。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 9 - 2 4 基金项 目：辽宁省第一批次科学技术计划项 目( 2 0 1 1 2 2 2 0 0 5 ) l 3 4 1 ． 2 试验方案设计 闫振 甲[2 ] 在泡沫混凝 土实用生产技术 中提 出在生 产 中宜采用的摩尔 比为 6 ～ 8 ， 在整个结晶体 系中的水合 比为 8 H 2 O ／ [ 5 Mg ( O H) 2 + Mg C 1 2 ] = 1 4 4 ／ 3 8 5 = 0 ． 3 7 ， 因此 在设计氯 氧 镁水泥用水量时 ， 应能满足 5 1 8 相形成 ， 应 以水灰 t L 0 ． 3 7 为基础 ； 余红发Ⅲ 在氯氧镁水泥及其应用 中提 出加入 H 2 0 ： 引气用量应大于 6 ％， H 2 o ： 在 自然温度下的放气量为 2 0 ％， 在温度达到 6 0 ℃时放气量为 6 0 ％， 当加入催化剂的条件下 其放气量为 9 0 ％以上 。 由于温度 升高可以增大 H 0 ： 放气 量 ， 因此本试验选用温度来控制 H 2 0 放气量。 根据以上分 析 ， 本试验氯氧镁水泥 的摩尔 比： 5 ： 1 ～ 7 ： 1 ； W／ C： 0 ． 5 5 ～ 0 ． 6 5 ； H 2 O 2 掺量 ： 6 ％～ 8 ％；温度 ： 5 5 ～ 6 5℃。 因素水平表见表 1 ， 正 交试验方案见表 2 。 1 ． 3 样品的制备 及测试方法 按照以上 9 组配合比 ， 将配置好 的一定浓度 Mg C 1 溶 液 、 轻烧氧化镁粉末以及水 ， 通过人工搅拌使其混合均匀 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 因素水平表 A( 摩尔 比) B ( w／ c) C ( H 2 0 掺量 ) ／ ％D( 温度 ) ／ ~ C 制备氯氧镁水泥浆体 ， 再加入 H 2 0 ： 进一 步均匀搅拌 ， 将所 得发泡浆体浇筑在 1 0 0 m mx l O 0 m m~ l O 0 m m 的模具 中成 型 ， 2 4h 后脱模 ， 室温下 自然养护 ， 在达到龄 期的条件下 ， 测量试块的表观密度 ， 按照 J C ／ T 1 0 6 2 --2 0 0 7 { 泡沫混凝土 强进行测试 ， 同时对吸水率 ， 软化系数以及质量损失进行 测定 。 软化 系数 、 质量损失率方法如下 ： K ；／ 1 t = ( 2 8 d 干养护 + 7 d 水养护 ) 强度 ／ 3 5 d干养护强度 ( 1 ) 质量损失率 尸 7 ( w ) l Wo x 1 0 0 ％ ( 2 ) 2测试结果与分析 对 9 组样 品的各项性能进行测定 ， 结果见表 3 。 2 ． 1 力学性 能 按表 3中数据 ， 对氯氧镁水 泥泡沫混凝土 3 、 7 、 2 8 d 强 度进行极差分析 ， 结果见表 4 。 由表 4可以看 出， 各 因素影 响氯氧镁水 泥泡沫混凝凝 土力学性能的主次顺序为摩尔比 > W／ C >温度 > H O 掺量 。 各因素对泡沫混凝土强度 的影响直观分析图 1 、 2 、 3 。 随着摩 尔 比增 加 Mg O含量也随之增加 ， 其 含量可充 分满足反应生成足够多的 5 1 8 相的需要 ， 使得强度得到 提高Ⅲ ； 当 W／ C增大时 ， 孔壁 内部结构 因 W／ C增大导致疏 松 ， 因此强度 降低 ； 随着 温度的升高提高了样品的早期强 度 ， 这是 由于温度的升高加快了氯氧镁水泥的水化速度使 其早期强度增加 ， 但对后期的强度影响较小 ； H 2 0 ： 掺量逐渐 增大时 ， 放 出气体量增 大 ， 可能造 成结 构内部孔 隙率的增 砌块标 准力学性能试验方法》 对成型试块 3 、 7 、 2 8 d的抗压 加及气泡壁的开裂 ， 强度有所降低 。 表 3氯氧镁水泥泡沫混凝土性能测试数据 表 4力学性能极差分析数据 矗 、 鹱 水平数 图 1 各因素对 3 d强度的影响曲线 2 ． 2物 理 性 能 按表 3 数据对氯氧镁水泥泡沫混凝 土密度 、 吸水率 的 进行极差分析 ， 结果见表 5 。 矗 山 羔 、 醴 水 平 数 图 2 各 因素对 7 d强度的影响 曲线 由表 5 可 以看 出各 因素影 响氯氧镁水泥泡沫混凝 土 表观密度主要 因素为摩尔 比、 H 0 掺量 ； 影 响吸水率 的主 要因素为摩尔 比。 各 因素对物理性能 的影响规律 的直观分 析见 图 4 、 5 。 从图 4 的曲线走势中可以直观的看出随着摩尔 比、 W／ C 、 H 2 0 ： 掺量、 温度的逐渐增大， 试块的表观密度逐渐降低， 摩尔 比对试块 的表观密度影响相对较大。 这是由于当摩尔 比逐渐 增大时， 原料的总的质量下降， 同时因温度的升高加快了H 2 0 1 3 5 ∞ ：3 ∞ ：3 ∞ ∞ ：2 ∞ ∞ 0 0 0 0 0 O O O O 5 5 5 6 6 6 7 7 7 塑 2 4 6 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、 暇 出 水平 数 图 3 各因素对 2 8 d强度的影响曲线 表 5 物理性能极差分析数据 3 40 { 3 2 0 善 300 1 2 3 水平数 图 4因素对试块密度的影响曲线 罨 3 6 褂 3 3 水平数 图 5因素对吸水率的影响曲线 放出气体 ， 所 以随着 H O 掺量 的增加使得试块 的表观密度 降低。 但随着 W／ C的增大时， 成型后在 自然养护下蒸发出的 水量较多， 试块 的密度降低 ， 但对成型后总质量影响不大。 从图 5 中可以观察到试样 的吸水率 ， 随着摩尔 比、 H ： O 掺量、 温度的增大 ， 试块 的吸水率有所增大 ， 是 由于随着密 度的降低 ， 试块内部出现较 多的开 口孔 隙 ， 因此在吸水 的 情况下 ， 水充满 了试块 内部的开 口孔使得 吸水率增大 ， 所 以， 试块 内部的孔结构是考虑泡沫混凝土吸水率 的重要指 标[3 1 ， 当 W／ C逐渐增大时 ， 吸水率有所降低但变化不大 ， 对 吸水率 的影响较小。 2 ． 3耐 水性 按表 3 数据对氯氧镁水泥泡沫混凝土软化系数 、 质量 损失率进行极差分析 ， 结果见表 6 。 由表 6 可 以看 出各 因素影响氯氧镁水泥泡沫混凝凝 土软化系数 、 质量损失率主要因素为摩尔比。 各 因素对耐水 性能的影响规律直观分析图 5 、 6 。 1 3 6 表 6 物理性能极差分析数据 水平数 图 6 因素对软化 系数的影响曲线 水平数 图 7因素对质量损失率的影响曲线 软化系数K值越小就表示其耐水性能越差[ 4 1 ， 从图 6 可以观察 到 ， 随着摩尔 比增大 ， 其试块 的耐水性能呈现 出 上升趋势 。 在浸水后 5 1 ． 8 相结 晶接触点被破坏 Mg ( O H) ， 溶 出 ， 但是 由于 5 1 8 相所 占内部结构的 比例较大 ， 所 以 耐水性能有所提高Ⅲ ； 温度 的上升加快了氯氧镁水 泥的水 化速度 ， 相对的提 高了 5 1 ． 8 相 的生成量 ， 从而提高 了耐 水性Ⅲ ； W／ C、 H 2 0 掺量增大 ， 耐水性 降低 ， 是 因为 w／ c增 大使得孔壁结构疏松 ， 水分更容易浸入试块 内部 ， 5 1 8 相 更容易被破坏 ， 导致耐水性降低 ； H ： O ： 掺量增大时 ， 试块内 部产生大量开 N：f L 隙 ， 在浸水过程 中， 由于水的进入破坏了 孑 L 隙结构 ， 同时也破坏了 5 1 ． 8 相 ， 使得耐水性能降低 。 从图 7中质量损失率 P的曲线 中可 以观察到 ， 随着摩 尔 比、 温度 的提高 ， 质量损失率降低 。 是 由于 5 1 ． 8 相所 占 内部结构 的比例较大 ， 被破坏 的 5 1 8 相所 占比例相对较 少 ， 质量损失率降低 ； W／ C 、 H 2 0 ： 掺量增大时试块 内部结构 更容易被破坏 ， 被破坏的 Mg ( O H) ： 溶出量增加 ， 质量损失 率增大。 从数值上看质量损失率都相对较小 ， 与软化系数的 相关性不强 ， 可以认为虽然浸水过程破坏了水化相的结 晶 接触点 ， 产成 了游离的 Mg ( O H) ， 但其溶解度较低 ， 大多都 留在了试块 内部 ， 因此质量损失率并不能很好地反映氯氧 镁水泥泡沫混凝土的耐水性 。 3结 论 本试验在未掺加其他外加剂的条件下 ， 探讨了 Mg O与 Mg C 1 的摩尔 比、 水灰 比 、 双氧水掺量及试 验温度作 为对 下转第 1 4 0页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m