檸檬酸對氯氧鎂水泥的改性研究

蘇華雷+姜義軍+景治嬌+喬俊梅+劉振學

摘 要：為了改善和增強氯氧鎂水泥的基本性能，在氯氧鎂水泥中添加適量的檸檬酸，本文研究了檸檬酸對氯氧鎂水泥力學性能和抗潮返鹵性能改善的規律。實驗結果表明，檸檬酸可提高氯氧鎂水泥的性能，使氯氧鎂水泥的強度提高，有效的抑制氯氧鎂水泥的返鹵，使得氯氧鎂水泥的耐水性能有了較大的提高。當檸檬酸的添加量為1%時，氯氧鎂水泥的強度提高了63%；氯離子溶出率降低了38%；軟化系數提高了22%。

關鍵詞：氯氧鎂水泥 ；檸檬酸； 抗潮返鹵；抗壓強度；氯離子

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.032

0 前言

氯氧鎂水泥是一種特殊品種水泥，因它是由法國人索瑞爾（Sorel）于1867年發明 [1]，所以又稱索瑞爾水泥。氯氧鎂水泥是由MgO、MgCl2和H2O按照一定比例在常溫條件下通過水化反應凝結硬化形成的堅硬固體[2-3]，與普通硅酸鹽水泥相比，具有凝結硬化快、強度高、密度小、耐火性好等優點[4-5]，其應用前景廣闊。近十幾年來， 我國氯氧鎂水泥制品的開發和應用在技術上有了較大的進步，相繼開發了一些建材制品， 如隔墻板、通風管、砌塊等。但由于其耐水性差、易開裂、易吸潮返鹵，限制了其廣泛的應用[6]。生產氯氧鎂水泥的主要原料是輕燒氧化鎂粉和氯化鎂溶液，這兩種物質在體系中發生硬化反應，硬化反應過程的化學方程式為5MgO+MgCl2+13H2O=5Mg（OH）2MgCl2·8H2O，生成的主要物質為518結晶相[7]，當塊體浸泡在水中時，會有游離的氯離子產生。所以要解決氯氧鎂水泥的吸潮返鹵的弊病，就要減少游離氯化鎂的產生，減少游離氯離子的產生[8-9]。本文通過在氯氧鎂水泥中添加檸檬酸，研究樣品的力學性能變化規律和檸檬酸對氯離子的釋放阻礙作用。

1 實驗部分

1.1 原料

1.1.1 輕燒氧化鎂（MgO）

氧化鎂是遼寧海城市某廠生產的輕燒氧化鎂（ MgO） 主要性能指標見表 1。

MgO 活性測定：采用 WB/T 1019—2002標準水合法進行測定氧化鎂的活性，原礦氧化鎂粉在700度高溫下煅燒兩個小時，氧化鎂的活性為68%。

1.1.2 工業氯化鎂

氯化鎂是華鵬鹽化有限責任公司生產 ，其化學成分見表 2。

1.1.3 檸檬酸（C6H8O7）

1.2 所用儀器

WS70Ⅲ型恒溫恒濕養護箱 ；s--4800掃描電子顯微鏡；美特斯CMT6503型拉力機賽多利斯PB-10活度計；電子天平 BS223S（北京賽多利斯儀器系統有限公司）；精密定時電動攪拌器

1.3 實驗過程

1.3.1 原料配合比

1.3.2 試樣制備

將氧化鎂、氯化鎂、水（摩爾比為MgO：MgCl2：H2O =7：1： 10）[]及改性外加劑攪拌均勻后在模具中成型。室溫下養護24h后脫模，把試塊用封口袋密封保存；試塊分別自然養護至7d后 ，用粗砂紙將其表層磨凈。

1.3.3 測試方法

（1）抗壓強度。將養護至一定齡期的樣品在美特斯CMT6503型拉力機上進行抗壓強度測試，速度為5 mm /min?？箟簭姸?f = F/S 式中，f為試樣抗壓強度，MPa；F為試樣發生破壞時的荷載值，N； S試樣受壓面積，mm2。

（2）氯離子溶出率的測定。準確稱量樣品質量m0，將其放入200mL燒杯中，再加100mL去離子水將其浸泡。試塊在水中浸泡一定時間后，將其取出。把溶液移至250mL容量瓶，用蒸餾水清洗燒杯5次，將洗液一起轉入容量瓶，加水稀釋到刻度線，搖勻備用。用活度計測定氯離子的離子濃度cx。同時取適量蒸餾水（氯離子濃度為c0）作空白試驗。氯離子溶出率的計算公式為

Clx=（cx- c0）·v· MCl/ m0×100%

式中，Clx為試件養護x天后，氯離子的溶出率，%；v為容量瓶的體積，250mL；MCl為氯離子的分子質量。

（3）耐水性能測試。本文采用軟化系數表征改性氯氧鎂水泥的耐水性能，試件養護至7天后，一部分測抗壓，另一部分放水中浸泡7天后，擦去表面水分，測壓強。其軟化系數 K=Re/R0x100% 。

2 實驗結果與討論

根據文獻和前期實驗結果，選擇摩爾比為MgO：MgCl2：H2O =7：1： 10，考察了不同添加量的檸檬酸對氯氧鎂水泥的強度、鹵離子溶出率、軟化系數的影響。

2.1 檸檬酸的質量分數對氯氧鎂水泥抗壓強度的影響

如圖1所示，添加檸檬酸后，氯氧鎂水泥的力學強度有了很大的提高，沒有加檸檬酸時，塊體樣品放置7天的抗壓強度只有32.24MPa。加入檸檬酸后強度有一定的提高，檸檬酸的添加量為0%---1%時，試件的抗壓強度不斷增加，添加量為1%時達到最大值。當超過1%時，強度反而降低。結果表明，適量的檸檬酸對氯氧鎂水泥的抗壓強度提高作用明顯。

2.2 檸檬酸的質量分數對氯氧鎂水泥對抗鹵的影響

制備不同檸檬酸添加劑的水泥塊體，檸檬酸添加量為0%、0.5%、1%、1.5%、2%，將塊體在室溫下下養護7天后，準確稱量其質量m0（精確至0.000 1 g），放200 mL燒杯中，再加100 mL蒸餾水將其浸泡并密封。24h后，用滴定的方法測試溶液中氯離子的濃度并算出氯離子的溶出率。實驗結果表明如圖2，空白樣品的氯離子溶出率為5.4%，隨著檸檬酸百分含量的增加，氯離子的溶出率逐漸減少。在1%添加量時，氯離子溶出率達到最小值，約為3.2%。檸檬酸對氯氧鎂水泥中的氯離子的游離有明顯的抑制作用，抑制率為59%。

將添加1%檸檬酸的氯氧鎂水泥塊體和空白樣塊體在室溫下養護7天后，準確稱量其質量m0（精確至0.0001 g），置入200 mL燒杯中，再加100ml蒸餾水將其浸泡并密封。隔1/2/4/6/8/12/24/48h后在溶液中取樣并測氯離子的溶出率。實驗結果如圖3，結果表明，兩個樣品的氯離子濃度都是隨著時間不斷增加，但添加檸檬酸的樣品，氯離子的濃度始終小于空白樣品。在24h后氯離子濃度達到最大值，

2.3 檸檬酸對氯氧鎂水泥耐水性的影響

制備添加不同量的檸檬酸的水泥塊體，檸檬酸添加量為0%、0.5%、1%、1.5%、2%，將塊體在室溫下下養護7天后，一部分放在常溫下7天后測試強度，另一部分浸泡在水中7天后測試強度。得到的結果如下圖，添加檸檬酸的氯氧鎂水泥樣品的耐水性能有較大的提高。當添加量為1%時，軟化系數達到0.55。

3 結論

a、氯氧鎂水泥中添加一定量的檸檬酸能夠提高樣品的強度，并且，0%--1%范圍內，隨著檸檬酸的增加，強度也增大。

b、檸檬酸的添加能夠影響試件中氯離子的溶出率，當檸檬酸的添加量為1%時，氯離子的溶出率最低，腐蝕性也越小。

c、氯氧鎂水泥的耐水性也隨著檸檬酸的添加增強。

參考文獻：

[1]Urwongse L，Sorrell C A .Phase mlationships in magnesium oxysulfate cements[J].journal of the American Ceramic Socirty，1980，63（03）：523—526.

[2]鄭直，詹炳根.新型鎂質水泥的研制與性能[D].合肥：合肥工業大學，2012.

[3]王英姿，邱振新，王翔.淺談氯氧鎂水泥制品的性能及發展狀況[J].山東建材，2000（04）：38-40.

[4]嚴育通，景燕，馬軍.氯氧鎂水泥的研究進展[J].鹽湖研究，2008（ 01）：60-66.

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[6]關輝，呂建福，巴恒靜.氯氧鎂水泥基材料體積穩定性研究[J]. 深圳大學學報（理工版），2009，26（03）：296-300.

[7]Deng Dehua，Zhang Chuanmei.The formation mechanism of thehydrate phases in magnesium oxychloride cement[J]. Cement andConcrete Research，1999（29）：1365-1371.

[8]姜洪義，陳常明.外加劑對鎂水泥氯離子溶出率的影響[J].武漢理工大學學報，2010，32（18）：37-40.

[9]鄭直，詹炳根.檸檬酸對硫氧鎂水泥改性作用[J].合肥工業大學學報，2013，36（04）：461-464.