氯氧鎂水泥強度影響因素研究

王福浩

(遼寧省交通科學研究院有限責任公司 沈陽市 110015)

0 引言

氯氧鎂水泥(以下簡稱MOC)，又稱水玻璃，是一種快硬高強的氣硬性膠凝材料。我國在20世紀50年代開始對這種材料進行初步研究，其耐水性能差、吸潮反鹵和變形開裂等問題在研究者不斷的研究中逐步改善，廣泛應用于包裝材料、建筑材料、裝飾材料、耐火制品和代木家具等領域。MOC是一種對原料組成量和制作工藝極其敏感的材料，由于許多生產廠家在制作MOC制品過程中的不規范，引起其強度的降低。就MOC制品在制作過程中影響其強度的幾個重要因素進行闡述，避免MOC制品在生產過程中因操作不當對強度產生不利影響。

1 原料配合比

MOC是以輕燒鎂粉、鹵粉和水為原材料充分攪拌后形成的膠凝材料，而原材料的配比是以活性MgO和MgCl2的摩爾比為基礎配制的。

輕燒鎂粉中MgO包含活性MgO、無活性MgO和Mg(OH)2三種成分，而有人會將在輕燒鎂粉中所檢測出的全部MgO成分比例，搭配MgCl2進行摩爾配比。還有人會為了降低成本，將受潮和未受潮的輕燒鎂粉進行混合，受潮的輕燒鎂粉中活性MgO成分一般都在30%以下，兩者混合后造成了總體活性MgO比例的降低。而這兩種不規范的做法往往導致了活性MgO成分不足和MgCl2過剩，制品內部生成強度較低且不穩定的“3·1·8”相[1]，強度較高的“5·1·8”相不足，造成強度的降低。而且在挑選輕燒鎂粉時，應該選擇150～200目的細度，細度較粗會造成顆粒內部接觸不到水分而沒有反應，在MOC制品硬化后適宜的條件下再次反應，出現泛白和制品開裂變形[2-3]，強度降低。

鹵粉的主要成分是MgCl2，而MgCl2在摩爾比中應該選擇合適的摻量。如果MgCl2含量較少，容易造成MOC中Cl-成分的降低，導致與MgO的結合效果變差，而其結合效果與強度成正比關系[4-5]。如果MgCl2含量較多，隨著空氣溫濕度的不斷影響，就容易造成吸潮反鹵現象的反復出現，最終導致制品強度的下降。

拌和水是MOC的重要組成部分。拌和用水過多會造成水泥中鹽基度的降低，極易引起過多強度很低的Mg(OH)2凝膠產生。拌和用水量過大造成含水率的提高，在MOC制品凝結硬化后，多余水分會隨毛細孔蒸發，造成制品內部孔隙率的增加，強度降低。研究表明，伴隨著孔隙率提高1%，MOC的強度就會降低5%以上[6]。另外，隨著鹽基度的降低，MgO和MgCl2反應不完全，造成吸潮反鹵的現象。拌和用水過少也同樣引起以上現象。

2 投料次序與攪拌時間

氯氧鎂水泥，只看名字容易誤導我們以為其投料和常用的普通硅酸鹽水泥類似，將水泥和摻和料一次性倒入略加攪拌，加水制作完成。普通硅酸鹽水泥摻料和水攪拌些許不均勻對水泥的整體強度不利影響并不是很大，但是氯氧鎂水泥不同，如果攪拌不均勻，局部水分過少或過多，水化放熱不同，容易造成變形，也會引起上述拌和用水量相關不利影響。有文獻[4]表明，MOC攪拌時間在15min為宜。

一般MOC投料順序如圖1所示。因為輕燒鎂粉在投入攪拌機之前加入少量水，可以提前進行水化熱反應，水化反應結束之后將幾種原材料投入攪拌機進行攪拌，這樣就避免了水化熱反應引起的制品變形開裂問題。這種方法在水化放熱過程中會產生部分Mg(OH)2，Mg(OH)2能夠與MgCl2進行反應生成“5·1·8”相，但不是全部，剩余未反應的Mg(OH)2延緩了水化反應，降低了水化熱，間接提高了前期強度，不過此種投料順序對制品后期強度稍有不利影響[4]。

對于后期強度產生的不利影響，可以摻加外加劑來彌補。此種問題可以添加磷酸或磷酸鈉[7-9]。這主要是因為磷酸和磷酸鈉中[PO4]3-與氯氧鎂水泥中的Mg2+和CaO等反應可以生成難以溶解的晶相和凝膠相，這兩種物相可以將水泥中水化產物包裹，水泥中的短棒狀“5·1·8”相晶體占多數，減少了水泥結構中的結晶接觸點，提高了氯氧鎂水泥在水中浸泡的穩定性，同時增強了水泥制品的密實度，在提高MOC耐水性的同時，水泥制品的強度也得以提高。

3 養護條件

3.1 溫度養護

MOC在成型后的養護溫度對制品強度的影響非常大，主要表現在低溫和高溫兩個方面。查閱多篇文獻[4，6，10]，所要求的養護溫度并不完全一致，但總歸在20～25℃交叉點符合研究學者的養護溫度要求。這一溫度范圍之外，隨著養護溫度的不斷增加，制品就會出現吸熱效應，伴隨著出現熱失重現象[10]。這種現象會造成水泥制品中的結構水脫水，導致含水率增大，隨后蒸發后出現上述拌和用水量過多出現的強度下降。“5·1·8”相晶體不斷減少，以至在水化溫度提高至80℃左右，“5·1·8”相晶體消失，伴隨著出現了大量未知晶體[11]。“5·1·8”相是高強的主要物相，此物相消失，就導致了水泥強度的降低。隨著養護溫度的不斷降低，“3·1·8”相晶體產生逐步增多，“5·1·8”相晶體隨之減少，這也造成了水泥制品強度的不斷降低[12]。

3.2 濕度養護

MOC制品的養護需要控制空氣中的濕度，而不能依據普通硅酸鹽水泥的灑水養護方式進行養護。灑水養護會導致水泥制品遭受水的侵蝕，容易對其強度產生不利影響。

MOC制品在養護過程中，其內部水分會被摻料結合和被蒸發。內部水分受水化放熱引起水泥制品溫度升高引起的蒸發和空氣自然蒸發兩個方面影響，而空氣自然蒸發會受到制品養護時所在環境中濕度的影響。環境中濕度過低，會造成水泥制品內部自然蒸發的水分增加，以致不足以完全進行水化反應，這就和上述拌和用水量較少造成同樣的影響。而環境中的濕度比較充足，內部水分會因與外部空氣濕度相似而減少水分蒸發流失，避免一系列的不利影響。經查閱文獻，制品養護的環境濕度一般控制在60%～70%以內[4]。

4 結論

原材料配合比、投料次序與攪拌時間、養護條件這三種因素對MOC制品的影響非常大，在制備過程中符合科學要求將會減少或是避免因操作方法不當引起的強度不足，為今后氯氧鎂水泥制品的生產提供參考。