廢玻璃改性氯氧鎂水泥的研究

（1.武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北武漢430074；2.廈門合誠工程檢測有限公司，福建廈門361021）

廢玻璃改性氯氧鎂水泥的研究

（1.武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北武漢430074；2.廈門合誠工程檢測有限公司，福建廈門361021）

介紹了廢玻璃改性氯氧鎂水泥的方法，利用活性氧化鎂、六水氯化鎂和玻璃機械拌合形成氯氧鎂水泥骨料，玻璃由粗玻璃和細玻璃組成，粒度分布范圍在48～1 700μm之間.通過各原料的級配得到的氯氧鎂水泥骨料，然后進行耐磨性，抗折，抗壓以及對骨料的斷面的SEM分析.研究結果表明玻璃級配料能很大程度改善了氯氧鎂水泥的耐磨性，并能有效提高氯氧鎂水泥的抗折與抗壓強度.該方法充分利用了廢舊玻璃資源，提高了廢舊玻璃的回收利用率，為氯氧鎂水泥的制備提供了新思路.

氯氧鎂水泥；廢玻璃；改性

0 引 言

氯氧鎂水泥又稱索瑞爾水泥［1］，是由法國人Sorel于1867年發明的，至今已有百余年的歷史.它是由輕燒Mg O、MgCl2和H2O三者按照一定配比調和形成的一種膠凝材料，可以用通式Mgx（OH）y·Cl2·n H2O［2］表示.

氯氧鎂水泥具有許多優點：在空氣中固化快，強度高，表面光澤性很好，制備工藝簡單，流程短，生產成本低，它一般用于建筑材料，生產過程中無毒、無味、無刺激性，可制成多種免燒磚、瓦、板，仿陶瓷材料，減少了環境污染，降低了生產能耗，是一種可以代替木材，代替塑料的材料［3－5］.

氯氧鎂水泥在應用過程中存在諸多的質量問題，如返鹵泛霜、耐水性差、制品易變形等［6］，導致該類材料在研究熱潮之后一直備受冷落.在裝飾材料領域，氯氧鎂水泥的優勢得到了充分的體現，因此在板材、高檔裝飾涂料以及仿瓷制品等方面，氯氧鎂水泥用量越來越大，作為裝飾材料，其表面光潔度決定著材料的裝飾效果和應用前景，而水泥表面的耐磨性決定著氯氧鎂材料的表面的光潔度，所以氯氧鎂水泥的裝飾材料，其耐磨性能方面要求更高［7］.

針對上述技術領域的問題，利用玻璃作為填充料制備氯氧鎂水泥骨料，來改善氯氧鎂水泥的耐磨性及強度.玻璃是一種廣泛使用的建筑和裝飾材料，玻璃使用后的廢棄物未得到充分的利用，回收利用率不高［8］.玻璃破碎后，部分顆粒呈片狀或棒狀，是一種很好的增強材料，且玻璃顆粒本身具有很高的耐磨性能.利用玻璃作為氯氧鎂水泥填充料，不僅充分利用了廢舊玻璃資源，而且玻璃有著非常好的耐磨性和物理強度，用碎玻璃填充于氯氧鎂水泥中能很好的改善氯氧鎂水泥的耐磨性與強度.

玻璃作為普通硅酸鹽的填充料的研究有很多報道，但在硅酸鹽水泥中，玻璃存在堿集料反應［9］，嚴重破壞了硅酸水泥的強度，因此未獲得廣泛應用.而玻璃作為氯氧鎂水泥填充料的研究及應用均未見報道.

1 實 驗

1.1 實驗藥品

實驗用的藥品有：活性氧化鎂，85%，遼寧海城；六水氯化鎂，分析純，國藥；碎玻璃，普通回收玻璃.

1.2 實驗過程

將玻璃破碎，篩分，然后對不同粒度的碎玻璃進行分組實驗.將活性氧化鎂、六水氯化鎂、玻璃按比例混合，以含活性氧化鎂中氧化鎂的含量為準，將原料混合，混合物即為氯氧鎂水泥骨料.將分組好的不同的試塊進行磨損實驗，用試樣的待磨層與摩擦紙在相同荷重摩擦體的作用下，設定相同的摩擦距離相互摩擦，通過測量摩擦完成時間，來判斷試樣的耐磨性［10］.

1.3 玻璃粉料的級配與氯氧鎂水泥的制備

表1為玻璃級配料與氯氧鎂水泥的配比，將氧化鎂和六水氯化鎂摩爾比1∶0.19～0.23混合［11］，將含活性氧化鎂原料、六水氯化鎂、玻璃按比例混合，以含活性氧化鎂原料中氧化鎂的含量為準，氧化鎂比六水氯化鎂摩爾比為1∶0.19～0.23，氧化鎂比玻璃質量比為1∶0.1～1，混合物即為氯氧鎂水泥骨料.

表1 玻璃粉料與水泥骨料的級配Table 1 Molar ratio of glass powders with aggregates of cement

1.4 實驗表征

用JSM－5510LV電子線掃描顯微鏡進行SEM掃面分析試塊的斷面；用DYE－300型數字式抗折抗壓試驗機進行試塊的抗折和抗壓實驗分析.

2 結果與討論

2.1 氯氧鎂水泥表面耐磨性研究

圖1和圖2為不同玻璃添加量水泥耐磨性隨玻璃目數變化曲線，在固定壓力條件下，將試塊摩擦距離設定為5 mm，記下摩擦所用的時間即為摩擦耗時，從圖中可見玻璃粒度越大，即玻璃越粗，其摩擦時間越長，表明其耐磨性越好.加入10%的碎玻璃與加入5%碎玻璃相比，耐磨性相對比較好，可見加入的碎玻璃的量增加，水泥試塊的耐磨性相對得到提高.相同含量的不同目數的碎玻璃，即粗細不同的碎玻璃，其耐磨性也不相同，相對加入比較粗的碎玻璃的試塊耐磨性比加入細的碎玻璃試塊耐磨性好.

圖1 玻璃含量為10%摩擦耗時Fig.1 Friction time－consuming of content 10%glass

圖2 玻璃含量為5%時摩擦耗時Fig.2 Friction time－consuming of content 5%

表2為玻璃級配后不同添加量與水泥耐磨性的關系，骨料含量在30%時，玻璃面積占底面面積趨向于飽和，更多的骨料含量，對摩擦實驗影響不大.級配的骨料，可以得到較大的玻璃底面占有率，摩擦實驗耗時更長.

表2 級配骨料的耐磨性分析Table 2 Analysis of abrasive resistance

通過耐磨性的實驗可以看出：在水泥的骨料里面，隨著加入的碎玻璃的量的增多，摩擦相同距離所耗的時間在增加；說明骨料中玻璃的量越大，其表面耐磨性越好.

在試塊底面積形同，底面氯氧鎂和玻璃骨料均勻分布，進行摩擦實驗時，通過測量試塊底面面積可發現，細玻璃不容易發生沉降，380μm少量沉降，380μm以下幾乎沒有沉降；180μm及以上的玻璃骨料全部沉降，沉降在表面的玻璃提高了試樣的耐磨性，因此試樣的耐磨性隨著玻璃占骨料的百分比提高而提高.

2.2 玻璃骨料的氯氧鎂水泥強度分析

根據上述實驗的配比，分別加入不等量的原料進行抗壓抗折強度測試.圖3為不同玻璃含量與試塊抗折強度關系，從圖上可以看出：在加入細玻璃之后抗折強度有一定的提高，當加入的量比較大時，強度提高的比較明顯，而且抗折強度有隨加入的玻璃的量而增加的趨勢.

圖3 碎玻璃含量與試塊抗折強度關系Fig.3 The relation between rupture strength and glass

表3樣品試塊的抗壓強度與水泥配比的關系，從表中可以看出：試樣中加入玻璃與沒加入玻璃相比，強度有著明顯的提升，這是因為在氯氧鎂水泥中加入玻璃之后部分玻璃分布在氯氧鎂水泥內部，發生脆性斷裂［11－12］，提高了氯氧鎂水泥制品強度；只加入細玻璃的強度比只加入粗玻璃的強度要高，因為細玻璃能在水泥漿體中分散比較均勻；在加入細玻璃同時加入粗玻璃強度增加比較大，而且比一般的水泥強度高，因為粗細玻璃同時加入，不僅能分散均勻于水泥中，而且改變了氯氧鎂水泥的內部固有的結構，從而增強了水泥的強度，而且強度隨著加入的細玻璃的量增加而增加.

表3 試塊的抗壓強度測試Table 3 Test of compression strength

2.3 試塊斷面與表面的SEM分析

圖4為試塊斷面的SEM圖片，部分玻璃分布在氯氧鎂水泥內部，玻璃破碎之后形成的片狀和條狀的碎玻璃參雜于氯氧鎂水泥中，填充的氯氧鎂水泥的3Mg（OH）2·MgCl2·8H2O（3·1·8相）和5Mg（OH）2·MgCl2·8H2O（5·1·8相）［13－14］的網狀結構［15］起到了增強作用［16］，當水泥受到壓力的時候，碎玻璃發生脆性斷裂，從而提高了水泥的強度.

圖4 試塊斷面的SEM圖片Fig.4 The SEM of the sample fracture surface

圖5為試塊表面的SEM圖，從圖中看到，在試塊內部，碎玻璃以塊狀和片狀分散于水泥中，一般來說玻璃的耐磨性比較好，在試塊中添加玻璃，很大程度上讓玻璃直接或者間接與外界接觸，從而顯現出比較高的耐磨性，綜合的提高了氯氧鎂水泥的耐磨性能.

3 結 語

圖5 試塊表面的SEM圖Fig.5 The SEM of the sample surface

廢玻璃作為一種新型的氯氧鎂水泥骨料，填充于5Mg（OH）2·MgCl2·8H2O（5·1·8相）和3Mg（OH）2·MgCl2·8 H2O（3·1·8相）所構成的網狀結構中，起到了填充作用，對水泥的抗壓和抗折強度都有所提高，同時由于玻璃比水泥密度大，部分玻璃在水泥的制備過程中會沉降到水泥表面，大大提高了水泥表面的耐磨性.當加入10%的380μm的玻璃，其表面耐磨性達到最大，當加入15%細玻璃和10%粗玻璃時其抗壓強度達到最大.堿集料反應一般是在活性比較高的骨料中，而且其p H在12左右，對于在p H10左右的弱堿性的氯氧鎂水泥中，玻璃能夠比較穩定的存在，不會發生堿集料反應［17－18］，因此作為氯氧鎂水泥的骨料，不僅提高了廢物利用率，同時也大大改善了水泥的應用性能.

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Research on magnesium oxygenchloride cement modified by waste glass

ZHANG Yong1，ZHU Yong－chang1，LI Jun1，PENG Chao－yi2
（1.School of Material Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China；
2.Xiamen Holsin Engineering Testing Co.，LTD，Xiamen 361021，China）

A method of preparing magnesium oxygenchloride cement modified by waste glass was introduced.The cement was obtained by mixing activity MgO，MgCl2·6H2O and glass.The glass consisted of coarse and fine glass powders，whose granularity distribution range of glass was 48μm－1 700μm.These materials were used to prepare the magnesium oxygenchloride cement aggregate，and then the properties of wear resistance，breaking strength，compressive strength and SEM were studied.The results confirmed glass could in a great extent improve the abrasive resistance，rupture strength and compressive strength.This method of aggregate preparation has taken full advantage of waste glass resources，and improves the recoverability rate of waste glass resources，even more it provided a new way to prepare magnesium oxygenchloride cement.

magnesium oxygenchloride cement；waste glass；modification

龔曉寧

TQ177.5

A

10.3969／j.issn.1674－2869.2011.10.013

16742869（2011）10005704

20110713

張 勇（1976），男，湖北漢川人，博士，副教授.研究方向：固體化學研究.