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1、漳州师范学院毕业论文氯氧镁水泥复合材料Magnesium Oxychloride Cement Composite materials 姓 名： 陈 浩 系 别： 化学与环境科学系 专 业： 应用化学 年 级： 08 级 指导教师： 郑子山 （教授） 2011 年 11 月 28 日I摘 要本课题旨在通过研究植物纤维对水泥复合材料性能的影响，探讨纤维对水泥复合材料增强的机理，以求获得植物纤维掺量与水泥复合材料性能之间的关系，使纤维在水泥工程中能得到更广泛的应用。关键词：MgO；MgCl 2；水泥复合材料；植物纤维；性能AbstractThis study aims to make explor
2、ations for the mechanism of the intensive cement composite materials which filled with plant fibers, through the research of plant fibers impacting on cement composite material properties, in order to obtain the relationship between cement composite material performances and plant fiber content, so
3、that plant fiber in cement engineering practice can be applied more widelyKey words: MgO；MgCl 2；cement composite； plant fiber；performance目 录中英文摘要 I1 氯氧镁水泥复合材料的发展现状11.1 引言11.2 氯氧镁水泥的形成机理 11.3 氯氧镁水泥复合材料的制备方法22 实验部分 32.1 原料和仪器 32.2 样品制备 42.3 样品测试 43 结果与讨论 53.1 不同的液固比对样品强度的影响53.2 不同的氯化镁溶液对样品强度的影响 63.3 不
4、同的植物纤维掺量对样品强度的影响83.4 掺加石膏粉对样品强度的影响 9 4 总结10 参考文献 11致谢1311 氯氧镁水泥复合材料的发展现状1.1 引 言氯氧镁水泥又称索瑞尔(Sorel)水泥或菱镁水泥，是Sorel于1867年发明的。与其他水泥不同，此水泥是一种MgCl 2-NaOH-H2O体系组成的镁质胶凝材料，其主要成分为碱式氯化镁，可以用通式Mgx(OH)ClnH 2O 表示 1。氯氧镁水泥具有一系列显著的优点：(1)凝结硬化快且具有很好的机械强度。5080 MPa的抗压强度是很常见的，通过加入改性剂最高抗压强度可达200MPa以上；(2)弱碱性和低腐蚀性。氯氧镁水泥浆体滤液的pH
5、值在8.159.15之间,比硅酸盐水泥的碱度低很多，一般只对金属有腐蚀作用；(3)粘结性好。与一些有机或无机骨料如锯木屑、木粉、矿石粉末和砂石等有很强的粘结力；(4)耐磨性好。优于硫铝酸盐水泥、矾土水泥和硅酸盐水泥,有文献表明它是普通硅酸盐水泥耐磨性的3倍；(5)阻燃性优良。MgO、MgCl 2都是不可燃的,且制品水化物中大量结晶水都能阻止点燃；(6)抗盐卤能力强。通过添加改性剂可以使氯氧镁水泥抵抗各种浓度的卤水,因此,它可用作轻质墙体材料和装饰板材,防水堵漏材料,防火涂层材料,或直接制成防火材料,房屋建筑或工业厂房的地面材料以及木屑板和胶合板的胶粘剂等。 2 - 4 氯氧镁水泥虽然具有一系列
6、显著的优点，但是其耐水性差、返卤、翘曲较严重,无法广泛使用。利用不同种类的外加剂可以在很大程度上改善镁水泥石的强度、变形性、抗水性、耐久性等重要工程力学性能, 拓宽其应用领域。天然植物纤维对水泥有阻凝或缓凝作用而且镁水泥由于其碱性较低对植物纤维腐蚀较小，所以将植物纤维与水泥胶凝材料相结合制备水泥基植物纤维复合材料是一种解决氯氧镁水泥耐水性差、易返卤等缺陷的有效途径。本试验主要研究了植物纤维对镁水泥水化以及力学强度的影响，为更好的开发镁水泥基植物纤维复合材料提供理论基础。1.2 氯氧镁水泥的形成机理各国学者对氯氧镁水泥水化机理方面的研究作了大量的工作，研究表明：活性氧化镁、氯化镁和水在常温下的水
7、化反应的产物中，其相组成为3Mg(OH)2MgCl28H2O和5Mg(OH) 2MgCl28H2O的强度较高。 5从事镁水泥研究的学者公认的镁水泥硬化反应过程有以下3个:(1) 5MgO + MgCl2 + 13H2O = 5Mg(OH)2 MgCl28H2O (518 相)2(2) MgO + H2O = Mg(OH) 2(3) 3MgO + MgCl2 + 11H2O = 3Mg(OH)2MgCl28H2O (318 相) 6我国的夏树屏等人在前人的氯氧化镁络离子聚合而成的结论基础上,通过平衡相图、结晶动力学、热效应、固化过程中物相的组成和电子显徽镜图像的综合研究,对镁水泥形成初期,中期和
8、后期的形成机制进行了系统的研究,认为在形成初期MgO与MgCl 2水溶液接触,MgO先水化成Mg(OH) 2，Mg(OH) 2溶于水中，在Mg2+， Cl -，H 2O分子存在下，加速Mg(OH) 2解离为Mg 2+和OH -，同时溶液形成浓度梯度的非平衡状态，分别生成518相和318相结晶, 通过溶解络合方式,经扩散、蒸发和结晶的综合物理化学作用后,形成针状交错网络结构。 7现在一般可以认为，氯氧镁水泥水化初期存在着一个凝胶阶段，随后水化相在凝胶表面析晶。氯氧镁水泥晶相的形成过程分为以下三个阶段: (1) 中和过程(neutralizing)。MgO溶解于溶液中, 被MgCl 2溶液中的H
9、+中和, 这个过程增加了Mg 2 + 和OH -离子的浓度；(2) 水化过程(hydrolyzing)。Mg 2 + 和OH -溶度的增加促进了Mg 2 +离子的水化桥连反应, 形成了多核Mgx(OH)y(H 2O)z2x - 2y；(3) 晶化过程(crystalliz2ing)。这些多核聚合物和Cl -离子、H 2O分子相互吸附,形成交联的无定型凝胶,这些凝胶最终转化成晶型的晶相,网架状结构中的孔隙不断被晶型产物填充密实,强度不断增加。1.3 氯氧镁水泥复合材料的制备方法（1）纤维先掺法：是将纤维与基体材料先干混合均匀，然后再加水混和均匀。图1为水泥基复合材料的纤维先掺法（2）纤维后掺法，
10、将基体材料加水混合均匀后再加入纤维混合均匀，是通常较多采用的工艺，本实验采取后掺法。3图 2 为水泥基复合材料的纤维后掺法2 实验部分2.1 原料和仪器2.1.1 原料：MgO AR （汕头市西陇化工厂有限公司） MgCl26H2O AR （汕头市西陇化工厂有限公司） 橡胶纤维 天 然 橡 胶 纤维石膏粉 工 业 用 石 膏 粉水 自 来 水2.1.2 主要仪器：1、托盘天平（上海精科天平）2、DF-101 集热式恒温加热磁力搅拌器（郑州长城工贸有限公司）3、弹簧测力计 （广州市威衡电子有限公司）4、水泥抗折性能测试装置（实验室自造）2.2 样品制备2.2.1 氯氧镁水泥浆液的配制室温下，用托
11、盘天平称取一定量的MgO和MgCl 26H2O，量取适量的水。4首先将MgCl 26H2O溶于水中使之形成有一定浓度的MgCl 2水溶液，再加入已称量过的镁粉，然后搅拌均匀得氯氧镁水泥浆液。2.2.2 掺加填料与纤维用托盘天平称取适量的石膏粉，橡胶纤维掺入氯氧镁水泥浆液，在500ml的烧杯中慢速搅拌约1min，形成混合物浆液。2.2.3 制备样品模型将混合物浆液倒入成型空心槽的试模中制造成型试样，制取形状为12mm12mm80mm的条形试样。2.2.4 自然固化成样品将制备好的，尺寸为 12mm12mm80mm 条形试样，成型后以报纸覆盖表面，以防止水分蒸发，静置一昼夜自然固化成样品。2.3
12、性能测试2.3.1 样品抗折强度的测定方法：样品在静置一昼夜自然固化后，用水泥抗折性能测试装置测量样品的抗折强度。抗折强度按下式计算： = P / F 式中， 抗折强度，Mpa；P破坏强度，N；F试样受力面积，mm 2。2.3.2 具体测定步骤：测试样品的条形试样的抗折强度试验采用的是三点加载简支梁。先将试样插入抗折试验装置的支梁上，使加荷辊与两个支承辊保持等距，普通试样的成型面应与受力方向垂直（接触面积为 60 mm2），如图所示：图 3 为水泥抗折性能测试装置5逐渐地加大试样成型面的受力直至样品从受力位置断裂，利用弹簧测力计测试受力的大小，记录样品所承受力。3结果与讨论3.1 不同的液固比
13、对样品强度的影响液固比是指拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料时，原材料中水与固体原料的质量比（W/C），氯氧镁水泥的液固比一般在0.40.6之间。计算液固比应考虑氯化镁溶液中带入的水分，实际加水量为总需水量减去氯化镁溶液带入的水(以后试验部分实际需水量均按此计算)。本试验固定植物纤维的掺加量为1.5 g/L，氧化镁用量为25g，氯化镁用量为 12.4g（=1.24 g.cm -3），石膏粉用量为10g, 为保持料浆稠度一致, 每个编号其它材料配方均相同，采用不同的液固比进行试验取样，成型尺寸为12mm12mm80mm的条形试样，自然固化24h后测样品的强度，如表1所示。表 1 不同的液固比样品的抗
14、折强度编 号液固比水(mL）氯氧镁水泥（氧化镁+氯化镁+石膏粉+纤维/g）抗折强度(Mpa）1 0.38 18.6 49 2.04 2 0.39 19.1 49 2.11 3 0.40 19.6 49 2.24 4 0.41 20.1 49 2.34 5 0.42 20.6 49 2.48 6 0.43 21.1 49 2.36 7 0.44 21.6 49 2.17 8 0.45 22.1 49 2.09 9 0.46 22.5 49 1.92 60.380.4 0.420.4 0.461.92.02.12.2.32.42.5抗折强度/MPa液 固 比图4 不同液固比样品的抗折强度折线图综合表1、图4可以看出：随着液固比的增大，氯氧镁水泥复合材料的流动度不断增大，水泥复合材料容易成型。当水泥复合材料的液固比超过一定程度时，由于高液固比带来的过多水分，将提高水泥复合材料内部的孔隙率，降低水泥复合材料的强度；如果氯氧镁水泥复合材料的液固比过小，导致水泥复合材料的粘度大，不易将其搅拌均匀，结果水泥复合材料成型困难，试件不致密
