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硅灰对氯氧镁水泥耐水性影响机理研究

2020-07-10 18:27 作者:1980彩平台 点击:

  国内镁资源丰富,例如青海盐湖的镁盐资源过剩已经导致该区域生态环境破坏,因此,采用轻烧活性氧化镁(MgO)和氯化镁(MgCl2)为主要原料的氯氧镁水泥(Magnesium Oxychloride Cement,MOC)为国内镁资源的利用提供了一种有效途径。MOC具有快硬、高强、质轻、耐磨等优势,养护3d时抗压强度即可达到100MPa,并且煅烧后的产物为MgO,可以作为原材料循环使用。然而,MOC遇水发生分解,导致强度严重下降,长期(28d)浸水的强度只能达到之前的不到十分之一。因此提高MOC耐水性,使其在水中保持较高的强度成为扩大其使用范围的关键。水化硅酸镁(Magenisium Silicate Hydrate,M-S-H)水泥微观结构致密,为水硬性胶凝材料。通常是采用硅灰(Silica Fume,SF)与活性氧化镁(MgO)混合,并加入外加剂六偏磷酸钠(Sodium Hexametaphosphate,SHMP)提高和易性。因此本课题将二者进行复合,通过SF改性MOC,目的在于在水环境下,SF能够和MgO与水反应生成M-S-H,填补MOC孔隙降低水化产物分解,提升MOC浸水强度。本课题先通过加入化学合成M-S-H凝胶的方式验证M-S-H凝胶对MOC体系影响作用。结果表明,28d养护龄期时,掺入M-S-H凝胶可以将MOC的耐水系数由0.4提高至0.7以上。并且TEM电镜下可以明显看出,合成M-S-H凝胶将MOC水化产物(5·1·8相,简称5相)进行捆绑包覆,从而使水化产物在水中保持整体结构增强其浸水强度。之后加入SF并寻找最优配比(为促使生成M-S-H水泥,SF通过质量比SF:MgO=60:40加入)。由于外加剂SHMP的引入,需要考虑SHMP对MOC耐水性的影响。通过设计正交实验并采用多元回归方式对对因变量(软化系数)与自变量(SF、外加剂SHMP)进行数学建模分析。结果表明,SF掺量1 wt.%,SHMP掺量2 wt.%时软化系数最高,其28d耐水系数可达到1.03。多元回归模型可以通过数学角度对MOC耐水性的影响因素进行评判,结果表明SHMP对MOC耐水性改善效果较为明显,并且SF与SHMP对MOC耐水性的提高有协同作用。XRD表明SHMP是通过提高MOC水化产物5相保留率提高浸水强度。而单掺SF对MOC耐水性改善作用较弱,小掺量(2 wt.%)能够提高其耐水性,而大掺量(15wt.%)的耐水性反而会有所降低。为探究耐水性提高机理,本实验采用多种手段对SF改性MOC的水化产物进行测试。结果表明:XRD对凝胶相与晶体相共存时不能进行良好表征,凝胶相容易被晶体相的峰所掩盖;TG/DSC,FT-IR及TEM结果均表明没有M-S-H凝胶相生成;压汞法测试孔隙率表明,孔隙率与软化系数呈现较为明显的负相关关系,较小掺量的SF(2 wt.%)对MOC孔隙率的改性作用更佳;通过SEM/EDS观察水化产物的微观形貌,表明说明SF的加入不仅有物理填充孔隙作用,还可以改变MOC的形貌的作用。SF的加入将部分水化产物的针棒状形貌改变为凝胶状,提高水泥致密性,从而增强MOC抗水性能。

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