粉煤灰对氯氧镁水泥的作用和影响

摘要:通过对比试验研究了不同掺灰量对氯氧镁水泥强度、耐水性、体积稳定性的影响,得出粉煤灰最佳掺量。试验结果表明,粉煤灰是一种理想的添加剂,可使氯氧镁水泥制品的耐水性得到明显改善,提高体积稳定性而且对氯氧镁水泥制品的强度影响很小,并有利于后期强度的增长。

Abstract: By comparing the effects of different amount of lime and fly ash on the strength of magnesium oxychloride cement, water resistance, volume stability, the best mixture of fly ash cement is got. The results showed that fly ash is an ideal additive, and the using of magnesium oxychloride cement products have significantly improved water resistance and improve the stability and volume of magnesium oxychloride cement products on the strength of little effect, which contributes to the later growth.

关键词:粉煤灰;氯氧镁水泥;作用;影响

Key words: fly ash; magnesium oxychloride cement;function;influence

中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0240-02

氯氧镁水泥,又称菱镁水泥、镁水泥、索瑞尔(Sorel)水泥,是用轻度煅烧菱镁矿(MgCO3)粉磨而成的轻烧氧化镁粉(MgO)和氯化镁溶液(卤水)调制而成的一种气硬性胶凝材料,其原料来源丰富,生产工艺简单,成本低,所得制品硬化快、强度高、表面光泽好,防火性能好,广泛用于制作防火板、防火门、玻璃纤维增强波瓦、代木包装材料、隔墙板、活动板房、农用大棚骨架、煤矿井下支架等。但是由于制品本身耐水性差严重阻碍了氯氧镁水泥的广泛应用,国内外学者提出了很多方法改善这种水泥的耐水性,本实验在这方面也作了大量的研究,结果发现粉煤灰就是一种很好的添加剂。

1原材料选择

(1)MgO辽宁大石桥, 活性MgO含量57%;

(2)卤块(MgCl2・6H2O)青海产,MgCl2含量为45%;

(3)粉煤灰辽宁阜新细度不应小于120目,材料干燥。

轻烧氧化镁粉和粉煤灰的主要化学成份如表1和表2所示。

表1氧化镁的化学成份(%)

表2粉煤灰主要化学成份(%)

2实验过程

为了说明不同龄期、不同掺量粉煤灰对氯氧镁水泥制品强度的影响,我们只考虑粉煤灰单一因素。

在MgO-MgCl2-H2O三元相图理论指导下,形成以5・1・8相为主要水化产物,确定实验的基本配比为MgO:MgCl2:H2O=7.9:1:14.6(摩尔比),粉煤灰的掺量0~40%。

具体方法为:称取轻烧菱镁粉,粉煤灰搅匀,在称取氯化镁,水(室温),放入烧杯充分搅匀。最后把所有的原料放入每分钟120转的搅拌锅搅拌6分钟,在搅拌期间掺入减水剂(占轻烧菱镁粉1%)。然后浇注入Φ40mm×40mm×160mm的钢模成型,1d后脱模,在室内分别养护3d、7d、28d后进行强度实验。

3结论及分析

图1氯氧镁水泥的28d以后的XRD图谱

(A:5・1・8相,B:MgO,C:Mg(OH)2,D:MgCO3,E:α-SiO2,F:莫来石,G:Mg2P2O7)

对粉煤灰预掺15%的试样进行XRD分析,其结果如图3.1所示。从图中可以看出氯氧镁水泥的水化产物主要由5・1・8相以及少量未分解的MgCO3、未反应的MgO、中间相α-SiO2和莫来石等组成的。衍射图中α-SiO2和莫来石的特征峰主要由内掺的大量粉煤灰引入硬化体系中而引起的。

3.1 粉煤灰对氯氧镁水泥强度的影响

图2、图3分别是不同龄期、不同掺量的粉煤灰对抗压强度和抗折强度的影响。不同配比、不同养护龄期实测强度值从上述结果可以看出,随着粉煤灰加入量的增加,氯氧镁水泥的强度呈现逐渐下降的趋势。

当粉煤灰掺量为5%时,氯氧镁水泥制品材料的抗压强度和抗折强度基本保持不变;当粉煤灰掺量为10%~25%时,氯氧镁水泥制品材料的抗压强度下降幅度为20%左右,但基本上保持稳定,抗折强度下降25%左右;但当粉煤灰掺量为30%~40%时,抗压强度和抗折强度下降幅度较大。总的看来,在粉煤灰掺量在5%~25%范围内,氯氧镁水泥制品的强度逐渐降低,且降幅基本稳定在20%左右。

3.2 粉煤灰对氯氧镁耐水性的影响

图4是不同掺量的粉煤灰对软化系数的影响

从图4可以看出,随着粉煤灰掺量的增大,软化系数呈先增大后减小的趋势,在粉煤灰的掺量为20%时,抗压强度软化系数达到最大值。与不掺粉煤灰的空白样相比,在粉煤灰掺量达到20%时,抗压软化系数分别可提高12.5%。但是,当粉煤灰的掺量继续增大到30%时,软化系数甚至低于不掺粉煤灰的空白样。

3.3 粉煤灰的掺量对氯氧镁水泥体积稳定性的影响

将预先埋有测头的成型试样,在20±3℃、RH=(35±5)%的环境中养护28d后,测试其体积变化。图5是试样养护28d的自由膨胀率。

从图中可以看出:随着粉煤灰掺量的增加,试样28d的自由膨胀率基本呈线性关系减小的趋势。与不掺粉煤灰的试样相比,粉煤灰的掺量为20%和30%时,膨胀率从0.34%分别降到0.15%和0.095%,膨胀缩减率达56%和72%。

镁水泥体积变形大的两个主要原因是:(1)水化反应是体积膨胀的过程;(2)反应过程中的热变形。粉煤灰的加入对镁水泥体积稳定性的改善颇为显著,原因有二:第一,随着粉煤灰掺量的增大,实际氧化镁的用量相对减小,故水化产物减小,同时伴随的体积膨胀也减小,而且粉煤灰本身体积稳定,可充当惰性骨架的作用;第二,由于粉煤灰对镁水泥的延缓均化作用,使原本相对过于集中的水化反应分散,降低了掺加粉煤灰的镁水泥的反应热,从而减小试样的热变形。在菱镁材料中加入粉煤灰,除可以大大降低成本外,还有一个很重要的原因,那就是:粉煤灰自身具有大的比表面积和含有活性玻璃体等优良性能,能在菱镁材料中积极地参与反应。

通常粉煤灰要参与反应,应具备以下几个条件:一是接触性;二是高温、高压。但反应的水化速度慢,而后期强度却持续增长,这是由于镁水泥呈中碱性,且其反应属高放热反应,使得粉煤灰能在镁水泥中有效地参与反应,保证了菱镁制品后期强度不但不受损,反而呈上升趋势,这就解决了菱镁制品后期强度方面令人担忧的问题。

4小结

①在氯氧镁水泥中加入粉煤灰后,由于5・1・8结晶相在粉煤灰颗粒周围或表面的附聚,使基体中的5・1・8结晶相的数量相对减少,并且改变了基体的孔结构,使氯氧镁水泥的抗压强度、抗折强度降低,但粉煤灰掺量为5%时,强度基本保持不变;粉煤灰掺量为5%~25%时,氯氧镁水泥制品的强度逐渐降低,但降幅基本稳定在20%左右。

②掺入粉煤灰后,显著提高了氯氧镁水泥的抗水性,与不掺粉煤灰的空白样相比,在粉煤灰掺量达到20%时,抗压软化系数可提高12.5%。

③随着粉煤灰掺量的增加,试样28d的自由膨胀率基本呈线性关系减小的趋势。与不掺粉煤灰的试样相比,粉煤灰的掺量为20%和30%的试样,膨胀率从0.34%分别降到0.15%和0.095%,膨胀缩减率达56%和72%。

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