硫酸鎂建筑材料制備及性能研究

馬夢(mèng)娜

摘要：硫酸鎂水泥具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、高環(huán)保以及低耗能等特點(diǎn)，是一種新型的膠凝材料，其在建筑領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。本論文采用發(fā)泡技術(shù)，選用硫酸鎂水泥作為主要的原材料，制備硫酸鎂基輕質(zhì)材料，并通過單一變量的實(shí)驗(yàn)方法，研究了不同的穩(wěn)泡劑劑量、水灰比條件下制備的材料的力學(xué)性能以及軟化系數(shù)性能，為以后的硫酸鎂建筑材料的研究奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為以后的應(yīng)用提供了理論和試驗(yàn)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：硫酸鎂;材料表征;力學(xué)強(qiáng)度;衍射分析

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）01-0012-04

0引言

我國(guó)城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，人民生活質(zhì)量的不斷提高，使得國(guó)民對(duì)于環(huán)保的意識(shí)逐漸提高。而以輕燒氧化鎂作為原材料制備的硫酸鎂水泥，也因輕燒氧化鎂是一種環(huán)境友好型的凝膠材料而具有很大的發(fā)展?jié)摿?。而堿式硫酸鎂水泥是由硫酸鎂水泥加入改性劑制備得到的新型水泥材料。其對(duì)人體沒有傷害、因不含氯離子對(duì)環(huán)境比較友好，故其應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛。堿式硫酸鎂水泥的性能好壞跟原材料的配料比、改性劑的種類等由密切的關(guān)系。吳成友等研究者通過添加改性劑制備了堿式硫酸鎂水泥，此水泥具有抗碳化、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn);材料的不同配比值影響堿式硫酸鎂水泥的流動(dòng)性，以及發(fā)現(xiàn)在不添加減水劑的情況下，適量的原材料配比制備出的硫酸鎂水泥也具有較好的流動(dòng)性。不同的材料影響制備的堿式硫酸鎂水泥的耐水性以及耐硫酸鹽的腐蝕性，研究并發(fā)現(xiàn)粉煤灰的加入能顯著提高水泥的抗折性。還有研究發(fā)現(xiàn)不同的外加劑和粉煤灰的加人對(duì)堿式硫酸鎂水泥的抗硫酸腐蝕性有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，不超過40%的粉煤灰的加入以及不超過30%的礦渣的加入對(duì)制備的堿式硫酸鎂的抗壓性能造成不利的影響，但是卻對(duì)其材料的耐水性得到了提。陳聰?shù)妊芯空咄ㄟ^化學(xué)發(fā)泡法制備了堿式硫酸鎂水泥的泡沫混凝土，并研究了容量和粉煤灰對(duì)材料的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了研究，研究表明，外摻粉煤灰的確可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，但是導(dǎo)熱系數(shù)卻升高了，總體提高了制備的泡沫混凝土的性能。本論文通過不同的穩(wěn)泡劑劑量的加入以及不同的水灰比比值對(duì)制備的堿式硫酸鎂水泥泡發(fā)材料的性能進(jìn)行了研究，并對(duì)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水化產(chǎn)物的衍射圖譜進(jìn)行了分析，為以后相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究提供了數(shù)據(jù)支持。

1實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料以及儀器

硫酸鎂建筑材料制備所需的實(shí)驗(yàn)材料如表1所示。

硫酸鎂建筑材料制備所需的實(shí)驗(yàn)儀器如表2所示。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

將稱取適量的輕燒氧化鎂和七水硫酸鎂在水泥凈漿攪拌機(jī)中進(jìn)行干拌5min，緊接著將稱取適量的硅酸鈉和90%的設(shè)計(jì)用水配置成溶液，將配置好的溶液倒人攪拌鍋中，并攪拌5min，以使得水泥充分溶解，并形成均一的漿體，此是加入穩(wěn)泡劑一硅酮酰胺繼續(xù)攪拌。將硅酸鈉與剩余的10%的設(shè)計(jì)用水配置成硅酸鈉溶液，并倒人攪拌鍋中，進(jìn)行5min的攪拌，最后加入雙氧水溶液，在攪拌鍋高速旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行15s的攪拌，攪拌結(jié)束后靜置2min，將漿料置于模具中，并于溫度20℃+2℃，濕度60%±5%的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并于48h后進(jìn)行脫模處理，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，直到規(guī)定的養(yǎng)護(hù)齡期。在此材料的制備過程中，其配合比如公式（1），公式（2）以及公式（3）所示。

2.3x射線衍射表征

將被試件放置于壓力試驗(yàn)機(jī)中后取出，將試件內(nèi)部壓碎，并放置于研缽中磨細(xì)，磨細(xì)的試樣放置于卡槽中，并用光滑的玻璃片進(jìn)行壓平操作，并用衍射儀進(jìn)行x射線衍射檢測(cè)，并依據(jù)檢測(cè)到的衍射峰的位置和強(qiáng)度，參照標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)卡片對(duì)比被試件的物象成分進(jìn)行一系列的分析。

3復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)分析

3.1穩(wěn)泡劑用量對(duì)復(fù)合材料的影響

本實(shí)驗(yàn)選用硅酮酰胺作為制備發(fā)泡水泥的穩(wěn)泡劑，主要因?yàn)槠涫歉咝У姆€(wěn)泡劑。我們將按照表3中各材料的配比來制備發(fā)泡水泥，稱取200g的輕燒氧化鎂，根據(jù)此重量來量取其他原料的重量，其中雙氧水和穩(wěn)泡劑的劑量是按照用水量的百分比進(jìn)行配置。

觀察圖1可知，制備的發(fā)泡水泥的壓縮強(qiáng)度值隨著穩(wěn)泡劑用量的增加呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)。穩(wěn)泡劑的添加劑量為0.26%時(shí)，14d的壓縮強(qiáng)度值達(dá)到最高，約為4.1MPa;添加劑量為1.4%時(shí)，14d的壓縮強(qiáng)度值達(dá)到最低值，約為3.5MPa。同時(shí)可以觀察到，當(dāng)穩(wěn)泡劑的添加劑量較低時(shí)，其制備的發(fā)泡水泥的強(qiáng)度值相對(duì)于添加劑量較高時(shí)的強(qiáng)度值大，添加劑的量達(dá)到1.4%時(shí)，其發(fā)泡水泥的強(qiáng)度值達(dá)到最低值，隨著穩(wěn)泡劑劑量的繼續(xù)增加，其材料的強(qiáng)度值有呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

3.2水灰比用量對(duì)復(fù)合材料的影響

用水量的多少直接關(guān)系到制備的材料的強(qiáng)度，其中水灰比的大小是影響材料強(qiáng)度的重要因素之一。因此，我們通過控制水灰比的劑量來制備不同的硫酸鎂水泥發(fā)泡材料，其實(shí)驗(yàn)配料表如表4所示，此配料表是根據(jù)一個(gè)試件模具的量進(jìn)行配置，同時(shí)發(fā)泡劑的劑量和水灰比的劑量要求是根據(jù)“材料發(fā)泡完成后的最終體積達(dá)到預(yù)設(shè)的體積”時(shí)的配料比。

水灰比的劑量對(duì)材料軟化系數(shù)的影響如圖2所示。

觀察圖2可得，軟化系數(shù)隨著水灰比的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其原因是由于水灰比比值較低時(shí)，材料的孔壁內(nèi)部孔隙比較少，從而孔壁內(nèi)部與水的接觸面積相對(duì)來說較小，軟化系數(shù)此時(shí)呈現(xiàn)較高的值。而隨著水灰比的增加，孔壁內(nèi)部的孔隙會(huì)越來越大，越來越多。此時(shí)的接觸面積增大，使得軟化系數(shù)降低。

3.3x射線衍射的圖譜分析

在不同的水灰比比值的條件下，水化產(chǎn)物的XDR圖譜圖如圖3所示。

由圖3可以觀察得，水灰比比值的變化對(duì)水化產(chǎn)物的產(chǎn)生有影響。比值取0.26時(shí)，材料中的氧化鎂衍射強(qiáng)度達(dá)到最高值，比值上升到0.32時(shí)，其氧化鎂的衍射強(qiáng)度呈下降的趨勢(shì)，此現(xiàn)象說明適量的水灰比比值可以促進(jìn)氧化鎂的水化反應(yīng)，水灰比含量低時(shí)，氧化鎂在反應(yīng)過程中不充分，而隨著水灰比比值的升高，水化的氧化鎂的含量逐漸增加，反應(yīng)材料中的氧化鎂的含量減少，因此其氧化鎂的衍射峰的峰值低。

4結(jié)語

文章以輕燒氧化鎂以及硫酸鎂作為主要原材料，硅酮酰胺作為穩(wěn)泡劑以及硅酸鈉作為外加劑，制備堿式的硫酸鎂水泥發(fā)泡材料，并通過不同的穩(wěn)定劑和水灰比的添加劑量研究了堿式硫酸鎂水泥發(fā)泡材料的強(qiáng)度性能以及軟化系數(shù)的影響，研究表明，0.26%的硅酮酰胺的添加量時(shí)，制備的水泥材料的強(qiáng)度最高，水灰比的比值為0.30時(shí)，制備的材料的軟化系數(shù)達(dá)到了0.7224。此研究為以后該領(lǐng)域的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。