硫氧镁水泥增强剂配方硫氧镁水泥的缺点 _生活密码

1绪论硫氧镁水泥是用MgSO4溶液作调和剂，由一定浓度的MgSO4溶液与轻烧MgO组成的MgO-MgSO4-H2O三元胶凝体系，硫氧镁水泥的主要原料是轻烧MgO和MgSO4 。
而轻烧MgO主要来源于菱镁矿（主要化学成分为MgCO3）在800～900°C下锻烧、磨细得到的轻烧菱镁粉（其中活性MgO含量在80%左右）。我国菱镁矿资源很丰富,约占世界总储量的30%,保有储量近30亿吨,主要分布在辽宁、山东、四川、河北、新疆等地区。
制备硫氧镁水泥时，所采用的硫酸镁在我国有丰富的储量，盐湖卤水中硫酸镁资源储量约为16.73亿吨；海水中，硫酸镁储量达到3570亿吨。在常温下活性MgO能与MgSO4水溶液反应形成硫氧化镁水化物Mgx(OH)y(SO4)z·nH2O 。

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该水泥具有凝结硬化快、早期强度高、粘结性好、不需要湿养护、不腐蚀钢筋、导热性低、耐火性高、耐磨性好及耐腐蚀性优异等特点，且生产能耗低，制备工艺简单，可广泛应用于生产建筑轻质保温墙板、耐火材料、装饰装修材料及油井堵漏等工程。
传统三元体系硫氧镁水泥的物理力学性能、耐水性、体积稳定性相对较差，郑直等研究者提出柠檬酸等外加剂能够提高硫氧镁镁水泥的物理力学性能、耐水性、体积稳定性；虽然经过外加组分改性的硫氧镁水泥性能得到一定提高。
但是其相关性能还有进一步提高的需求，除此之外硫氧镁水泥的价格相对于普通硅酸盐水泥较高，这也有碍于其在工程领域得到广泛应用。循环流化床燃煤技术在我国广泛推广，固硫灰渣每年排放量高达0.8～1.5亿吨。

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由于固硫剂的加入以及特殊的生成环境，固硫灰中钙硫含量较高，不同于粉煤灰，具有自硬性、高吸水性和高膨胀性等特性，在一定程度上阻碍了固硫灰的资源化利用，使固硫灰渣的处理成为燃煤电厂的一大难题。
国内外的专家学者对固硫灰的基本特性以及资源化利用进行了广泛而深入的研究。不少研究者尝试将固硫灰渣用于建筑材料，但极少实现工程上的规模化利用。
这就造成大量固硫灰目前只能简单的堆放或填埋处理，不仅占用土地资源，而且容易造成环境污染，因此资源化利用固硫灰成为一个亟待解决的问题。

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1.1研究背景1.1.1硫氧镁水泥组成及其改性国内外研究现状
化产物相组成的研究现状硫氧镁水泥MgO-MgSO4-H2O三元体系难以达到平衡态，水化产物相随环境变化而发生相应改变。1957年，Demediuk和Cole研究30～120°C间的各种温度下硫酸镁水溶液过量的混合物。
硫氧镁水泥中相的详细研究是由Urwongse和Soerell于1980年完成的，他们将MgO-MgSO4-H2O三元体系化学平衡相图应用于MgO-MgSO4-H2O三元胶凝体系，获得了硫氧镁水泥中相组成的关系。
发现了平衡时的一些晶相，包括MgSO4·7H2O、MgO、MgSO4·6H2O和MgSO4·H2O等，在研究的条件下只有一个稳定晶相3·1·8相，非平衡稳定相1·1·5相和MgSO4·7H2O、MgSO4·3H2O也存在于该三元体系中。

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Urwongse和Soerell建立的相图在硫氧镁水泥配比中有重要意义，特别地，它指出了如果开始的材料是MgO和MgSO4水溶液，在23°C下，制备3·1·8相含量在50%的硫氧镁水泥是不可能的。
Kahle的研究表明，蒸汽养护下可以获得3·1·8相和5·1·3相共存的水泥石。德国马普固体物理实验室Robert对Mg(OH)2-MgSO4-H2O三元体系的3·1·8相进行粉末衍射技术进行解析，利用热力学分析证明了3·1·8相在常温下并不是稳定相。
国内关于MgO-MgSO4-H2O三元胶凝体系中相组成及其与初始配比间关系的研究报道很少，罗建国等人曾对MgO-MgSO4-H2O胶凝体系进行过研究，当温度在25～40°C时，MgO:MgSO4:H2O=6:1:12.3（摩尔比）。

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【硫氧镁水泥增强剂配方硫氧镁水泥的缺点】所形成的碱式盐水化物是3·1·8相。我国学者用水热合成法进行了硫氧镁水化物晶须的研究，在140～200°C的水蒸汽下，主要得到组成为2Mg(OH)2·MgSO4·2H2O和5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O或5Mg(OH)2·MgSO4·2H2O[23-27]的长径比为10～40的晶须。
硫氧镁水泥在常温下碱式硫酸镁相组成，MgO-MgSO4-H2O三元体系相图较好描述了组成与水泥石中物相组成间的关系。硫氧镁水泥石是一个组成不稳定的非平衡体系，这就是硫氧镁水泥缺陷的主要原因。
针对硫氧镁水泥石组成相的不稳定，国内也有相关的研究，对其进行改善。邓德华在他的博士论文中提出了在硫氧镁水泥中掺入外加剂能够明显改善硫氧镁水泥的强度，且其强度可达到100MPa，接近氯氧镁水泥的强度。

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其主要原因是外加剂改变了硫氧镁水泥的水化产物生成相，即产生了一种新的水化相。吴成又在其博士论文中证实了这一种新的水化相为5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O（5·1·7），其XRD主要特征峰的d值分别为9.32?、4.97?、2.90?、2.41?和2.00? 。
硫氧镁水泥反应历程及机理研究现状罗建国研究MgO-MgSO4-H2O三元体系的水化历程，当该体系中未引入柠檬酸等有机酸时，其水化反应历程主要可以划分成五个阶段：起始期、诱导期、加速期、减速期和衰减期。
起始期和诱导期：轻烧氧化镁与硫酸镁溶液经混合后， MgO以微小颗粒状态均匀分散在Mg2+，SO42-，H+，OH-及水分子组成的均相介质中。MgO水化颗粒在介质中进行水解反应在这两个水化阶段，水解反应的速度很慢，放热速率很低。

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硫氧镁水泥相的研究与其水化历程研究可以反映出硫氧镁水泥未经改性前体系是不稳定的，当适当掺入外加剂，比如柠檬酸、蔗糖，磷酸水玻璃等会改变硫氧镁水泥的水化相，同时也会改变反应的历程。
王祖军在其专利中提出一种该性硫氧镁水泥的外加剂（柠檬酸），经添加外加剂的硫柠镁材料的耐水性和物理力学性能得到极大的改善。朱会荣提出在硫氧镁水泥中掺加蔗糖和硼酸等组成的复合外加剂也可提高硫氧镁水泥的强度。
邓德华在他的博士论文中提出了在硫氧镁水泥中掺入外加剂能够明显改善硫氧镁水泥的强度，且其强度可达到100MPa，接近氯氧镁水泥的强度，其主要原因是外加剂改变了硫氧镁水泥的水化产物生成相，即产生了一种新的水化相。

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许多研究人员通过外掺工业副产物对碱式硫酸镁水泥进行相关的研究，相关研究中，姜黎黎研究表明粉煤灰可提高硫氧镁水泥抗压强度。C.K.Chau研究表明粉煤灰能够提高氯氧镁水泥的耐水性，李永庆研究表明增钙渣能够提高氯氧镁水泥的耐水性和抗压强度。
高延春研究表明粉煤灰能够提高氯氧镁水泥的耐水性和体积稳定性。工业副产物对该体系的主要两个作用是：活性SiO2和Al2O3与该体系活性物质反应，生成更多的水化产物，有利于制品更加致密。
同时能够阻碍水分通过毛细孔往内部渗透，减少晶体接触点之间的溶解，提高制品的抗压强度和耐水性；还有就是工业副产物的微集料效应，提高水泥石的密实程度，从而进一步改善制品的抗压强度。

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1.1.2固硫灰基本性能及其作掺合材国内外研究现状
国内外学者对循环流化床固硫灰的基本性能从不同方面进行了研究，可以概述如下：1）形貌：表面粗糙、不规则、疏松、多孔。2）吸水率：固硫灰的吸水率较高，可达20%以上。3）细度：固硫灰与粉煤灰的颗粒分布相似。
主要分布于20～50μm 。4）胶凝性：固硫灰通常具有一定的胶凝性，但胶凝性强度不等，可在零至几十兆帕之间波动。5）火山灰活性：固硫灰的火山灰活性一般能与一级粉煤灰相当，其活性指数约为90% 。6）膨胀性：固硫灰通常均有明显的膨胀性。
其膨胀率与固硫灰中硬石膏和游离氧化钙含量有关。宋远明研究表明，固硫灰的水硬性主要来源于烧粘土质矿物、游离氧化钙、和II-CaSO4间发生的反应。何宏舟等研究认为固硫灰活性来源于活性Al2O3和活性的SiO2 。

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固硫灰中的游离CaO和II-CaSO4能激发其火山灰活性，从而形成胶凝性。王志娟等认为，固硫灰中含有C2S和C3A ，并认为C2S和C3A 是其胶凝性的主要来源。研究者对固硫灰用于硅酸盐水泥中做了以下研究。
赵风清等人发现，适量激发剂的作用下， 30%固硫灰取代熟料可制备出32.5#水泥。朱文尚、牛茂威、焦雷等人进一步针对固硫灰水泥性能进行了研究，发现单掺固硫灰作为水泥混合材时掺量不宜过高，且固硫灰基水泥的需水量较大。
同时，固硫灰中SO3含量与水泥凝结时间的关系密切，当固硫灰中SO3的含量低于1.5%时，水泥凝结时间较短，必须要外掺CaSO4·2H2O或硬石膏。

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高燕等人利用固硫灰制备活性粉末混凝土，并研究了固硫灰对水泥水化的影响，发现一定量的固硫灰可促进C2S和C3S的早期水化；这也导致水泥水化早期需水量大。
1.1.3存在的主要问题
针对硫氧镁水泥的相关研究工作还相对较少。部分研究集中在MgO-MgSO4-H2O三元体系在不同条件下，生成的不同物相，以及在该种特定的条件下是否稳定。他们研究表明仅用MgO-MgSO4-H2O制备的传统硫氧镁水泥是一个不稳定的非平衡体系。
体系中的物相会随温度、空气湿度等外界条件的变化发生物相的转换，这就是该体系在制品上体现的耐水性差、体积稳定性较差的主要原因；同时硫氧镁水泥石是一个多孔性的多晶体堆积结构，这为空气中的介质侵蚀其内部结构提供了通道。

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比如空气中的水通过连通的孔隙进入水泥石的内部，随着时间的流逝，缓慢溶解体系中的不稳定相、晶体结点，从而导致水泥石结构破坏，与此同时高孔隙率必然使得试样的物理力学性能急剧下降。
综上所述，硫氧镁水泥这一胶凝材料主要存在以下两种问题：1）水化产物不稳定，导致水泥石的耐水性差；2）水泥石是一个多孔性的多晶体堆积结构，孔隙率偏高，引起水泥石耐水性差、物理力学性能偏低。

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1.2研究目的意义、内容及技术路线1.2.1研究目的和意义
硫氧镁水泥未经改性前，有两个致命的缺陷——物理力学性能差、耐水性差。本论文的目的是通过掺加矿物掺和料改善硫氧镁水泥的性能。
重点研究工业副产物固硫灰对硫氧镁水泥性能的影响，并探讨了利用硫氧镁水泥制备泡沫混凝土隔墙板的可能性。其主要研究意义在于一方面提高硫氧镁水泥的性能，另一方面为工业废渣（固硫灰）提供一条资源化利用途径。

硫氧镁水泥增强剂配方 硫氧镁水泥的缺点

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