氯氧镁水泥强度影响因素研究

王福浩

(辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳市 110015)

0 引言

氯氧镁水泥(以下简称MOC)，又称水玻璃，是一种快硬高强的气硬性胶凝材料。我国在20世纪50年代开始对这种材料进行初步研究，其耐水性能差、吸潮反卤和变形开裂等问题在研究者不断的研究中逐步改善，广泛应用于包装材料、建筑材料、装饰材料、耐火制品和代木家具等领域。MOC是一种对原料组成量和制作工艺极其敏感的材料，由于许多生产厂家在制作MOC制品过程中的不规范，引起其强度的降低。就MOC制品在制作过程中影响其强度的几个重要因素进行阐述，避免MOC制品在生产过程中因操作不当对强度产生不利影响。

1 原料配合比

MOC是以轻烧镁粉、卤粉和水为原材料充分搅拌后形成的胶凝材料，而原材料的配比是以活性MgO和MgCl2的摩尔比为基础配制的。

轻烧镁粉中MgO包含活性MgO、无活性MgO和Mg(OH)2三种成分，而有人会将在轻烧镁粉中所检测出的全部MgO成分比例，搭配MgCl2进行摩尔配比。还有人会为了降低成本，将受潮和未受潮的轻烧镁粉进行混合，受潮的轻烧镁粉中活性MgO成分一般都在30%以下，两者混合后造成了总体活性MgO比例的降低。而这两种不规范的做法往往导致了活性MgO成分不足和MgCl2过剩，制品内部生成强度较低且不稳定的“3·1·8”相[1]，强度较高的“5·1·8”相不足，造成强度的降低。而且在挑选轻烧镁粉时，应该选择150～200目的细度，细度较粗会造成颗粒内部接触不到水分而没有反应，在MOC制品硬化后适宜的条件下再次反应，出现泛白和制品开裂变形[2-3]，强度降低。

卤粉的主要成分是MgCl2，而MgCl2在摩尔比中应该选择合适的掺量。如果MgCl2含量较少，容易造成MOC中Cl-成分的降低，导致与MgO的结合效果变差，而其结合效果与强度成正比关系[4-5]。如果MgCl2含量较多，随着空气温湿度的不断影响，就容易造成吸潮反卤现象的反复出现，最终导致制品强度的下降。

拌和水是MOC的重要组成部分。拌和用水过多会造成水泥中盐基度的降低，极易引起过多强度很低的Mg(OH)2凝胶产生。拌和用水量过大造成含水率的提高，在MOC制品凝结硬化后，多余水分会随毛细孔蒸发，造成制品内部孔隙率的增加，强度降低。研究表明，伴随着孔隙率提高1%，MOC的强度就会降低5%以上[6]。另外，随着盐基度的降低，MgO和MgCl2反应不完全，造成吸潮反卤的现象。拌和用水过少也同样引起以上现象。

2 投料次序与搅拌时间

氯氧镁水泥，只看名字容易误导我们以为其投料和常用的普通硅酸盐水泥类似，将水泥和掺和料一次性倒入略加搅拌，加水制作完成。普通硅酸盐水泥掺料和水搅拌些许不均匀对水泥的整体强度不利影响并不是很大，但是氯氧镁水泥不同，如果搅拌不均匀，局部水分过少或过多，水化放热不同，容易造成变形，也会引起上述拌和用水量相关不利影响。有文献[4]表明，MOC搅拌时间在15min为宜。

一般MOC投料顺序如图1所示。因为轻烧镁粉在投入搅拌机之前加入少量水，可以提前进行水化热反应，水化反应结束之后将几种原材料投入搅拌机进行搅拌，这样就避免了水化热反应引起的制品变形开裂问题。这种方法在水化放热过程中会产生部分Mg(OH)2，Mg(OH)2能够与MgCl2进行反应生成“5·1·8”相，但不是全部，剩余未反应的Mg(OH)2延缓了水化反应，降低了水化热，间接提高了前期强度，不过此种投料顺序对制品后期强度稍有不利影响[4]。

对于后期强度产生的不利影响，可以掺加外加剂来弥补。此种问题可以添加磷酸或磷酸钠[7-9]。这主要是因为磷酸和磷酸钠中[PO4]3-与氯氧镁水泥中的Mg2+和CaO等反应可以生成难以溶解的晶相和凝胶相，这两种物相可以将水泥中水化产物包裹，水泥中的短棒状“5·1·8”相晶体占多数，减少了水泥结构中的结晶接触点，提高了氯氧镁水泥在水中浸泡的稳定性，同时增强了水泥制品的密实度，在提高MOC耐水性的同时，水泥制品的强度也得以提高。

3 养护条件

3.1 温度养护

MOC在成型后的养护温度对制品强度的影响非常大，主要表现在低温和高温两个方面。查阅多篇文献[4，6，10]，所要求的养护温度并不完全一致，但总归在20～25℃交叉点符合研究学者的养护温度要求。这一温度范围之外，随着养护温度的不断增加，制品就会出现吸热效应，伴随着出现热失重现象[10]。这种现象会造成水泥制品中的结构水脱水，导致含水率增大，随后蒸发后出现上述拌和用水量过多出现的强度下降。“5·1·8”相晶体不断减少，以至在水化温度提高至80℃左右，“5·1·8”相晶体消失，伴随着出现了大量未知晶体[11]。“5·1·8”相是高强的主要物相，此物相消失，就导致了水泥强度的降低。随着养护温度的不断降低，“3·1·8”相晶体产生逐步增多，“5·1·8”相晶体随之减少，这也造成了水泥制品强度的不断降低[12]。

3.2 湿度养护

MOC制品的养护需要控制空气中的湿度，而不能依据普通硅酸盐水泥的洒水养护方式进行养护。洒水养护会导致水泥制品遭受水的侵蚀，容易对其强度产生不利影响。

MOC制品在养护过程中，其内部水分会被掺料结合和被蒸发。内部水分受水化放热引起水泥制品温度升高引起的蒸发和空气自然蒸发两个方面影响，而空气自然蒸发会受到制品养护时所在环境中湿度的影响。环境中湿度过低，会造成水泥制品内部自然蒸发的水分增加，以致不足以完全进行水化反应，这就和上述拌和用水量较少造成同样的影响。而环境中的湿度比较充足，内部水分会因与外部空气湿度相似而减少水分蒸发流失，避免一系列的不利影响。经查阅文献，制品养护的环境湿度一般控制在60%～70%以内[4]。

4 结论

原材料配合比、投料次序与搅拌时间、养护条件这三种因素对MOC制品的影响非常大，在制备过程中符合科学要求将会减少或是避免因操作方法不当引起的强度不足，为今后氯氧镁水泥制品的生产提供参考。