硫氧鎂水泥增強(qiáng)劑配方硫氧鎂水泥的缺點(diǎn) _生活密碼

1緒論硫氧鎂水泥是用MgSO4溶液作調(diào)和劑，由一定濃度的MgSO4溶液與輕燒MgO組成的MgO-MgSO4-H2O三元膠凝體系，硫氧鎂水泥的主要原料是輕燒MgO和MgSO4 。
而輕燒MgO主要來源于菱鎂礦（主要化學(xué)成分為MgCO3）在800～900°C下鍛燒、磨細(xì)得到的輕燒菱鎂粉（其中活性MgO含量在80%左右）。我國菱鎂礦資源很豐富,約占世界總儲量的30%,保有儲量近30億噸,主要分布在遼寧、山東、四川、河北、新疆等地區(qū) 。
制備硫氧鎂水泥時(shí) ，所采用的硫酸鎂在我國有豐富的儲量，鹽湖鹵水中硫酸鎂資源儲量約為16.73億噸；海水中，硫酸鎂儲量達(dá)到3570億噸。在常溫下活性MgO能與MgSO4水溶液反應(yīng)形成硫氧化鎂水化物Mgx(OH)y(SO4)z·nH2O 。

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該水泥具有凝結(jié)硬化快、早期強(qiáng)度高、粘結(jié)性好、不需要濕養(yǎng)護(hù)、不腐蝕鋼筋、導(dǎo)熱性低、耐火性高、耐磨性好及耐腐蝕性優(yōu)異等特點(diǎn)，且生產(chǎn)能耗低，制備工藝簡單，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)建筑輕質(zhì)保溫墻板、耐火材料、裝飾裝修材料及油井堵漏等工程。
傳統(tǒng)三元體系硫氧鎂水泥的物理力學(xué)性能、耐水性、體積穩(wěn)定性相對較差，鄭直等研究者提出檸檬酸等外加劑能夠提高硫氧鎂鎂水泥的物理力學(xué)性能、耐水性、體積穩(wěn)定性；雖然經(jīng)過外加組分改性的硫氧鎂水泥性能得到一定提高。
但是其相關(guān)性能還有進(jìn)一步提高的需求，除此之外硫氧鎂水泥的價(jià)格相對于普通硅酸鹽水泥較高，這也有礙于其在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。循環(huán)流化床燃煤技術(shù)在我國廣泛推廣，固硫灰渣每年排放量高達(dá)0.8～1.5億噸。

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由于固硫劑的加入以及特殊的生成環(huán)境，固硫灰中鈣硫含量較高，不同于粉煤灰，具有自硬性、高吸水性和高膨脹性等特性，在一定程度上阻礙了固硫灰的資源化利用，使固硫灰渣的處理成為燃煤電廠的一大難題。
國內(nèi)外的專家學(xué)者對固硫灰的基本特性以及資源化利用進(jìn)行了廣泛而深入的研究。不少研究者嘗試將固硫灰渣用于建筑材料，但極少實(shí)現(xiàn)工程上的規(guī)模化利用。
這就造成大量固硫灰目前只能簡單的堆放或填埋處理，不僅占用土地資源，而且容易造成環(huán)境污染，因此資源化利用固硫灰成為一個(gè)亟待解決的問題。

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1.1研究背景1.1.1硫氧鎂水泥組成及其改性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
化產(chǎn)物相組成的研究現(xiàn)狀硫氧鎂水泥MgO-MgSO4-H2O三元體系難以達(dá)到平衡態(tài)，水化產(chǎn)物相隨環(huán)境變化而發(fā)生相應(yīng)改變。1957年，Demediuk和Cole研究30～120°C間的各種溫度下硫酸鎂水溶液過量的混合物。
硫氧鎂水泥中相的詳細(xì)研究是由Urwongse和Soerell于1980年完成的，他們將MgO-MgSO4-H2O三元體系化學(xué)平衡相圖應(yīng)用于MgO-MgSO4-H2O三元膠凝體系，獲得了硫氧鎂水泥中相組成的關(guān)系。
發(fā)現(xiàn)了平衡時(shí)的一些晶相，包括MgSO4·7H2O、MgO、MgSO4·6H2O和MgSO4·H2O等，在研究的條件下只有一個(gè)穩(wěn)定晶相3·1·8相，非平衡穩(wěn)定相1·1·5相和MgSO4·7H2O、MgSO4·3H2O也存在于該三元體系中。

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Urwongse和Soerell建立的相圖在硫氧鎂水泥配比中有重要意義，特別地，它指出了如果開始的材料是MgO和MgSO4水溶液，在23°C下，制備3·1·8相含量在50%的硫氧鎂水泥是不可能的。
Kahle的研究表明，蒸汽養(yǎng)護(hù)下可以獲得3·1·8相和5·1·3相共存的水泥石。德國馬普固體物理實(shí)驗(yàn)室Robert對Mg(OH)2-MgSO4-H2O三元體系的3·1·8相進(jìn)行粉末衍射技術(shù)進(jìn)行解析，利用熱力學(xué)分析證明了3·1·8相在常溫下并不是穩(wěn)定相。
國內(nèi)關(guān)于MgO-MgSO4-H2O三元膠凝體系中相組成及其與初始配比間關(guān)系的研究報(bào)道很少，羅建國等人曾對MgO-MgSO4-H2O膠凝體系進(jìn)行過研究，當(dāng)溫度在25～40°C時(shí)，MgO:MgSO4:H2O=6:1:12.3（摩爾比）。

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【硫氧鎂水泥增強(qiáng)劑配方硫氧鎂水泥的缺點(diǎn)】所形成的堿式鹽水化物是3·1·8相。我國學(xué)者用水熱合成法進(jìn)行了硫氧鎂水化物晶須的研究，在140～200°C的水蒸汽下，主要得到組成為2Mg(OH)2·MgSO4·2H2O和5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O或5Mg(OH)2·MgSO4·2H2O[23-27]的長徑比為10～40的晶須。
硫氧鎂水泥在常溫下堿式硫酸鎂相組成，MgO-MgSO4-H2O三元體系相圖較好描述了組成與水泥石中物相組成間的關(guān)系。硫氧鎂水泥石是一個(gè)組成不穩(wěn)定的非平衡體系，這就是硫氧鎂水泥缺陷的主要原因。
針對硫氧鎂水泥石組成相的不穩(wěn)定，國內(nèi)也有相關(guān)的研究，對其進(jìn)行改善。鄧德華在他的博士論文中提出了在硫氧鎂水泥中摻入外加劑能夠明顯改善硫氧鎂水泥的強(qiáng)度，且其強(qiáng)度可達(dá)到100MPa，接近氯氧鎂水泥的強(qiáng)度。

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其主要原因是外加劑改變了硫氧鎂水泥的水化產(chǎn)物生成相，即產(chǎn)生了一種新的水化相。吳成又在其博士論文中證實(shí)了這一種新的水化相為5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O（5·1·7），其XRD主要特征峰的d值分別為9.32?、4.97?、2.90?、2.41?和2.00? 。
硫氧鎂水泥反應(yīng)歷程及機(jī)理研究現(xiàn)狀羅建國研究MgO-MgSO4-H2O三元體系的水化歷程，當(dāng)該體系中未引入檸檬酸等有機(jī)酸時(shí)，其水化反應(yīng)歷程主要可以劃分成五個(gè)階段：起始期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期和衰減期。
起始期和誘導(dǎo)期：輕燒氧化鎂與硫酸鎂溶液經(jīng)混合后， MgO以微小顆粒狀態(tài)均勻分散在Mg2+，SO42-，H+，OH-及水分子組成的均相介質(zhì)中。MgO水化顆粒在介質(zhì)中進(jìn)行水解反應(yīng)在這兩個(gè)水化階段，水解反應(yīng)的速度很慢，放熱速率很低。

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硫氧鎂水泥相的研究與其水化歷程研究可以反映出硫氧鎂水泥未經(jīng)改性前體系是不穩(wěn)定的，當(dāng)適當(dāng)摻入外加劑，比如檸檬酸、蔗糖，磷酸水玻璃等會(huì)改變硫氧鎂水泥的水化相，同時(shí)也會(huì)改變反應(yīng)的歷程。
王祖軍在其專利中提出一種該性硫氧鎂水泥的外加劑（檸檬酸），經(jīng)添加外加劑的硫檸鎂材料的耐水性和物理力學(xué)性能得到極大的改善。朱會(huì)榮提出在硫氧鎂水泥中摻加蔗糖和硼酸等組成的復(fù)合外加劑也可提高硫氧鎂水泥的強(qiáng)度。
鄧德華在他的博士論文中提出了在硫氧鎂水泥中摻入外加劑能夠明顯改善硫氧鎂水泥的強(qiáng)度，且其強(qiáng)度可達(dá)到100MPa，接近氯氧鎂水泥的強(qiáng)度，其主要原因是外加劑改變了硫氧鎂水泥的水化產(chǎn)物生成相，即產(chǎn)生了一種新的水化相。

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許多研究人員通過外摻工業(yè)副產(chǎn)物對堿式硫酸鎂水泥進(jìn)行相關(guān)的研究，相關(guān)研究中，姜黎黎研究表明粉煤灰可提高硫氧鎂水泥抗壓強(qiáng)度。C.K.Chau研究表明粉煤灰能夠提高氯氧鎂水泥的耐水性，李永慶研究表明增鈣渣能夠提高氯氧鎂水泥的耐水性和抗壓強(qiáng)度。
高延春研究表明粉煤灰能夠提高氯氧鎂水泥的耐水性和體積穩(wěn)定性。工業(yè)副產(chǎn)物對該體系的主要兩個(gè)作用是：活性SiO2和Al2O3與該體系活性物質(zhì)反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，有利于制品更加致密。
同時(shí)能夠阻礙水分通過毛細(xì)孔往內(nèi)部滲透，減少晶體接觸點(diǎn)之間的溶解，提高制品的抗壓強(qiáng)度和耐水性；還有就是工業(yè)副產(chǎn)物的微集料效應(yīng) ，提高水泥石的密實(shí)程度，從而進(jìn)一步改善制品的抗壓強(qiáng)度。

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1.1.2固硫灰基本性能及其作摻合材國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國內(nèi)外學(xué)者對循環(huán)流化床固硫灰的基本性能從不同方面進(jìn)行了研究，可以概述如下：1）形貌：表面粗糙、不規(guī)則、疏松、多孔。2）吸水率：固硫灰的吸水率較高，可達(dá)20%以上。3）細(xì)度：固硫灰與粉煤灰的顆粒分布相似。
主要分布于20～50μm 。4）膠凝性：固硫灰通常具有一定的膠凝性，但膠凝性強(qiáng)度不等，可在零至幾十兆帕之間波動(dòng) 。5）火山灰活性：固硫灰的火山灰活性一般能與一級粉煤灰相當(dāng)，其活性指數(shù)約為90% 。6）膨脹性：固硫灰通常均有明顯的膨脹性。
其膨脹率與固硫灰中硬石膏和游離氧化鈣含量有關(guān) 。宋遠(yuǎn)明研究表明，固硫灰的水硬性主要來源于燒粘土質(zhì)礦物、游離氧化鈣、和II-CaSO4間發(fā)生的反應(yīng) 。何宏舟等研究認(rèn)為固硫灰活性來源于活性Al2O3和活性的SiO2 。

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固硫灰中的游離CaO和II-CaSO4能激發(fā)其火山灰活性，從而形成膠凝性。王志娟等認(rèn)為，固硫灰中含有C2S和C3A ，并認(rèn)為C2S和C3A 是其膠凝性的主要來源。研究者對固硫灰用于硅酸鹽水泥中做了以下研究。
趙風(fēng)清等人發(fā)現(xiàn)，適量激發(fā)劑的作用下， 30%固硫灰取代熟料可制備出32.5#水泥。朱文尚、牛茂威、焦雷等人進(jìn)一步針對固硫灰水泥性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)單摻固硫灰作為水泥混合材時(shí)摻量不宜過高，且固硫灰基水泥的需水量較大。
同時(shí)，固硫灰中SO3含量與水泥凝結(jié)時(shí)間的關(guān)系密切，當(dāng)固硫灰中SO3的含量低于1.5%時(shí)，水泥凝結(jié)時(shí)間較短，必須要外摻CaSO4·2H2O或硬石膏。

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高燕等人利用固硫灰制備活性粉末混凝土，并研究了固硫灰對水泥水化的影響，發(fā)現(xiàn)一定量的固硫灰可促進(jìn)C2S和C3S的早期水化；這也導(dǎo)致水泥水化早期需水量大。
1.1.3存在的主要問題
針對硫氧鎂水泥的相關(guān)研究工作還相對較少。部分研究集中在MgO-MgSO4-H2O三元體系在不同條件下，生成的不同物相，以及在該種特定的條件下是否穩(wěn)定。他們研究表明僅用MgO-MgSO4-H2O制備的傳統(tǒng)硫氧鎂水泥是一個(gè)不穩(wěn)定的非平衡體系。
體系中的物相會(huì)隨溫度、空氣濕度等外界條件的變化發(fā)生物相的轉(zhuǎn)換，這就是該體系在制品上體現(xiàn)的耐水性差、體積穩(wěn)定性較差的主要原因；同時(shí)硫氧鎂水泥石是一個(gè)多孔性的多晶體堆積結(jié)構(gòu) ，這為空氣中的介質(zhì)侵蝕其內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了通道。

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比如空氣中的水通過連通的孔隙進(jìn)入水泥石的內(nèi)部，隨著時(shí)間的流逝，緩慢溶解體系中的不穩(wěn)定相、晶體結(jié)點(diǎn)，從而導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞，與此同時(shí)高孔隙率必然使得試樣的物理力學(xué)性能急劇下降。
綜上所述，硫氧鎂水泥這一膠凝材料主要存在以下兩種問題：1）水化產(chǎn)物不穩(wěn)定，導(dǎo)致水泥石的耐水性差；2）水泥石是一個(gè)多孔性的多晶體堆積結(jié)構(gòu)，孔隙率偏高，引起水泥石耐水性差、物理力學(xué)性能偏低。

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1.2研究目的意義、內(nèi)容及技術(shù)路線1.2.1研究目的和意義
硫氧鎂水泥未經(jīng)改性前，有兩個(gè)致命的缺陷——物理力學(xué)性能差、耐水性差。本論文的目的是通過摻加礦物摻和料改善硫氧鎂水泥的性能。
重點(diǎn)研究工業(yè)副產(chǎn)物固硫灰對硫氧鎂水泥性能的影響，并探討了利用硫氧鎂水泥制備泡沫混凝土隔墻板的可能性。其主要研究意義在于一方面提高硫氧鎂水泥的性能，另一方面為工業(yè)廢渣（固硫灰）提供一條資源化利用途徑。

硫氧鎂水泥增強(qiáng)劑配方 硫氧鎂水泥的缺點(diǎn)

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