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新型外加剂改善硫氧镁水泥性能的试验研究

更新时间:2009-03-28

引言

硫氧镁水泥(Magnesium Oxysulfate Cement,MOS)具有质量轻、防火耐温、保温隔热、低碳环保、不易腐蚀金属等优点,是镁质胶凝材料未来的发展方向。但该材料存在着力学强度不高、耐水性能较差等缺陷,有必要对其做进一步研究。巴明芳等[1]对硫氧镁水泥耐水性进行了研究,结果表明,加入MgO质量2.0%的水玻璃,可以很好地改善硫氧镁水泥耐水性。郑直等[2]研究了柠檬酸对硫氧镁水泥的改性作用,结果表明,柠檬酸通过延缓硫氧镁水泥的凝结时间,提高了硫氧镁水泥强度。李振国等[3]对硫氧镁水泥的凝结性能进行了试验研究,结果表明,柠檬酸对硫氧镁水泥具有较好的缓凝作用,随着改性剂柠檬酸掺量的增加,硫氧镁水泥的初凝和终凝时间也随之增加。吴成友等[4]对硫氧镁水泥物相组成及性能的研究中发现,有机酸CA改性后的硫氧镁水泥出现了大量的新物相,且Mg(OH)2的生成量明显减少。阮炯正等[5]、朱会荣[6]将外加剂复合使用,提高了硫氧镁水泥胶凝材料的密实性。

本文配制了一种有机酸与有机酸盐复合物(K剂)作为硫氧镁水泥的增强剂,利用某种化合螯合剂(E剂)作为硫氧镁水泥耐水剂,研究了增强剂K剂和耐水剂E剂对硫氧镁水泥性能的影响,同时对其机理进行了分析。

②分期合理调整工程供水价格。着重研究解决工程调水带来的高成本、高水价问题,增加的成本费用先期由政府、供水企业和用水户共同承担。随着受水区经济社会的发展,用水能力的增强,供水成本逐步由用水户承担。如在计算工程成本时,实际供水未达到正常供水的前期年份应先剔除工程折旧;调水水源区水资源费及各项税费应先低标准征收甚至不征,水源区经济社会发展价值补偿由国家财政前期补贴,当受水区供用水能力逐步增强后,按计划逐渐由供水企业全部承担。

1 试验

1.1 主要原材料

(1)轻烧氧化镁(MgO):辽宁海城华丰镁业有限公司生产,细度0.075 mm(200目),采用水合法[7]测得其活性含量为60.24%,950 ℃烧失量为8.10%,其化学成分见表1。

 

1 轻烧氧化镁化学成分 %

  

项目MgOCaOSiO2Al2O3Fe2O3含量83.201.122.780.170.51

(2)七水硫酸镁(MgSO4·7H2O):山东日照江源净水化工有限公司生产,工业级,MgSO4·7H2O含量99.30%,化学成分见表2。

 

2 七水硫酸镁主要化学成分 %

  

项目MgSO4MgCl2NaClNa2SO4Fe水不溶物含量48.690.190.130.530.0180.06

(3)尾矿粉(CaCO3):CaCO3含量≥98%,细度0.15~0.18 mm(80~100目),含水率≤1.20%,在建材市场采购。

(4)木质纤维:加工木材的粉屑,要求无霉烂变质,细度通过0.83 mm(20目)筛,含水率≤15%。

《旅游论坛》以科学发展观为指导,关注旅游发展动态,反映旅游学科研究前沿和热点,报道旅游最新科研成果,推广旅游发展新理论、新方法、新经验,为提高旅游从业人员业务水平和科研能力、促进旅游科学研究和旅游事业发展服务。开设栏目有:旅游理论研究、旅游者研究、旅游企业管理研究、旅游业研究、旅游文化研究。为促进会展与节事旅游的相关学术研究,从2015年起,我刊开设“会展与节事旅游研究”栏目,该栏目由《旅游论坛》编辑部与中山大学旅游学院会展经济与管理系共同建设,中山大学旅游学院会展经济与管理系为该栏目学术支持单位,中山大学旅游学院副院长、博士生导师罗秋菊教授为该栏目主持人,欢迎各位专家学者赐稿!

(5)改性材料:①增强剂(K剂):白色粉末,易溶于水,pH值10.5~11,自制;②耐水剂(E剂):有机化合物,白色粉末,溶于水,pH值5.3,自制。

1.2 主要仪器设备

(1)B20-S型强力高速搅拌机。

(2)ZT-96型胶砂试体成型振实台。

(3)WDW-20微机控制电子式万能材料试验机。

(5)SEM测试:试件制备过程同XRD,采用粉末压饼法制样进行测试。

(5)JSM-5600LV型扫描电镜。

1.3 试件制备及检验标准

1.3.3 检验标准与方法

老陈咧嘴一笑,说那一巴掌啊,打得我都懵了。我活了一把年纪了,还从没有人打过我耳光呢。老陈摸了摸脸,皱了一下眉头,好像疼痛还没有过去一样。已到吃晚饭时间,我说去打饭,老陈从枕头下面抽出一张钞票来要给我。我说,陈师傅,你要是这样可就见外了。见我是认真的,老陈又把那张钞票塞回枕头底下了。我打饭回来,叫老陈吃饭,他身子扭动了一下,似有难言之隐。我问他是不是要小便,他点了点头,不好意思地笑了笑。我说,陈师傅,有什么事您老尽管吱声,都是男人,没有什么不能说的。老陈点着头,说我这辈子都是伺候别人,还从没被别人伺候过呢。

在搅拌机内投入定量的硫酸镁溶液及改性增强剂搅拌1 min,再加入轻烧氧化镁粉及尾矿粉,搅拌2~3 min,制得均匀的镁水泥净浆,再加入定量的干细锯粉,搅拌3 min,制得符合要求的硫氧镁水泥胶结料浆。基本配方为:m(氧化镁)∶m(硫酸镁溶液)∶m(尾矿粉)∶m(干细锯粉)=1∶1.22∶0.50∶0.20,其中硫酸镁溶液密度为1.25 g/cm3(纯硫酸镁含量为22.40%),改性剂掺量均以氧化镁质量百分比计(下同)。

1.3.2 试件成型与养护

试件成型采用40 mm×40 mm×160 mm三联试模,振动时间为60 s,标准养护24 h,脱模后置于空气中自然养护至各龄期,养护环境温度18~22 ℃,相对湿度(50±10)%。

1.3.1 料浆制备

苏轼同时还提出了税收与教化之间关系“可取之利,以教民信。”国家“求利太广而用法太密,故民日趋于贫。”苏轼并不反对国家征税,只是认为额外苛征,就表示国家贪财爱利,这样必然会诱导民众跟着贪利,为了贪利必然会演义出诈欺、哄骗、甚至杀人越货的事情来,从而误导社会风气,影响了社会的稳定。

(1)水泥净浆凝结时间测试:参照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。m(轻烧氧化镁)∶m(硫酸镁溶液)=1∶0.70。

(2)抗折强度、抗压强度测试:参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度试验方法(ISO法)》进行测试。

(3)软化系数的测试方法:先取3条自然养护28 d的试块,测试其抗折强度和抗压强度,结果为W1。另取3条经室温水中养护的试块进行测试,试块养护时浸入室温水中,试块之间保持20 mm距离,水面没过试块20 mm,浸水28 d,取出擦干表面的水分,然后测试抗折强度和抗压强度,结果为W2W2W1的比值即为试件浸水28 d的软化系数。

成立于1979年的广东省印刷复制业协会,可以说基本见证了改革开放大背景下,广东地区印刷业的发展路径,并于其中起到了一定的引导抑或促进的作用。

由图1和图2可知,随着增强剂K剂掺量的增加,初凝时间、终凝时间逐渐延长,当掺量从0增加到MgO质量的1.5%时,初凝时间由135 min延长到423 min,延长了3倍多;终凝时间由395 min延长到774 min,终凝时间延长了近2倍。增强剂的缓凝作用在于硫氧镁水泥水化时能够形成一层可抑制水泥水化反应的较稳定的有机-镁配合物保护膜层,阻碍了水与水泥颗粒的接触,延缓了硫氧镁水泥的水化进程,使硫氧镁水泥初期水化速度减慢,从而延长了初凝和终凝时间。安生霞等[8]的研究指出,浆体凝结时间与物料配比、改性剂的改性作用密切相关,本试验也证实了这一观点。

水煎300 ml,1/日剂,分服2次。10天一个疗程,疗程间隔3天,继续下一疗程。6个疗程后评估疗效。

(4)D/max-2500/PC型X射线衍射仪。

2 试验结果与分析

2.1 增强剂K剂与耐水剂E剂掺量对硫氧镁水泥凝结性能的影响

双边匹配理论主要用于解决基于不可分商品的资源优化配置问题,本文的双边匹配方法适用于解决基于平台或中介的复杂双边匹配问题。云制造是当前生产制造领域研究的热点问题,目前已有学者将双边匹配理论用于解决云制造资源供需匹配问题[26-27],下面通过基于云制造服务平台的制造资源供需匹配问题的算例验证本文方法的可行性和有效性。

增强剂K剂与耐水剂E剂掺量对硫氧镁水泥凝结时间的影响见图1和图2。

长期以来,作为翻译家和启蒙思想家的严复已为学术界所熟知,却很少有人注意到严复对于语言和语言教学的思考。尽管严复对语言和语言学习没有作专门的论述并提出系统的见解,但是在“答海内学者之愤悱”指导思想下编纂的《英文汉诂》所内涵的语言习得、自然语法及多元化诠释语法模式等观点却体现了他对语言和语言教学独特的认识,值得当今的学术界去挖掘和整理。因此,《英文汉诂》不仅具有较好的实用价值,也具有较高的学术价值。

  

图1 增强剂K剂、耐水剂E剂掺量对硫氧镁水泥初凝时间的影响

  

图2 增强剂K剂、耐水剂E剂掺量对硫氧镁水泥终凝时间的影响

(4)XRD测试:将成型试件在标准条件下养护到所需龄期,用无水乙醇终止水化,干燥后磨细,过0.075 mm方孔筛,60 ℃烘干至恒重,冷却至室温后装袋密封送样测试。

耐水剂E剂对硫氧镁水泥的凝结时间无明显影响,初凝和终凝时间的上下波动范围均在15 min以内,对硫氧镁水泥的凝结性能无不良影响。

2.2 增强剂K剂与耐水剂E剂对硫氧镁水泥力学性能的影响

强度是评价胶凝材料性能的主要指标之一[9],其力学性能的优劣与其改性措施、水化产物的类型、结晶形貌及含量有密切关系[10]

2.2.1 增强剂K剂对硫氧镁水泥力学性能的影响

增强剂K剂对硫氧镁水泥不同养护龄期抗折强度和抗压强度的影响见图3和图4。

  

图3 增强剂K剂对硫氧镁水泥抗折强度的影响

  

图4 增强剂K剂对硫氧镁水泥抗压强度的影响

由图3和图4可知,随着增强剂K剂掺量的增加和养护龄期的延长,试件的抗折强度和抗压强度呈现先增加、后降低的趋势。掺量为MgO质量的0.30%时,试件的抗折强度和抗压强度出现最大值,养护1 d、7 d、28 d的抗折强度分别为8.39 MPa、9.15 MPa和10.36 MPa,比空白对比试件分别提高了100.24%、114.29%和74.41%;养护1 d、7 d、28 d的抗压强度分别为25.28 MPa、33.99 MPa和44.63 MPa,比空白对比试件分别提高了149.07%、160.46%和164.39%。强度增长幅度较大,且K剂的最佳掺量均为MgO质量的0.30%。

结合生产需要,在试验配比中均加入了大量的尾矿粉和废弃锯木粉。

1.北齐武平元年《姚洪姿墓志》:“激水东流,俎光西促。忽背长庑,托兹隧曲。松折桐毁,虚陵实谷。庶曰难磨,图石可瞩。”(《墨香阁藏北朝墓志》,第164页)

分析试件的抗折强度和抗压强度得以提高的原因是:

(1)增强剂K剂的掺加,与体系中的羟基镁离子生成镁铬合层,避免了活性MgO与溶液中的OH-直接反应而被消耗掉,抑制了Mg(OH)2生成,从而提高了试件的力学强度。

(2)增强剂K剂的掺加,既抑制了低强度的Mg(OH)2的生成,又促进了5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O(517相)的生成,由于517相是硫氧镁水泥完全水化反应的产物,是硫氧镁水泥的强度相[11],因而大幅度提高了试件的抗折强度和抗压强度。

由图5和图6可知,随着耐水剂E剂掺量的增加及养护龄期的延长,硫氧镁水泥抗折强度和抗压强度均呈现先增加、后降低的趋势。当掺量为MgO质量的0.50%时出现最高值,试件养护1 d、7 d和28 d的抗折强度分别为4.82 MPa、6.19 MPa和8.77 MPa,比空白对比试件分别提高了15.04%、4.56%和19.48%;养护1 d、7 d和28 d的抗压强度分别为21.3 MPa、29.95 MPa和41.65 MPa,比空白对比试件分别提高了17.68%、18.99%和30.76%。

耐水剂E剂对硫氧镁水泥不同养护龄期抗折强度和抗压强度的影响见图5和图6。

  

图5 耐水剂E剂对硫氧镁水泥抗折强度的影响

  

图6 耐水剂E剂对硫氧镁水泥抗压强度的影响

2.2.2 耐水剂E剂对硫氧镁水泥力学性能的影响

分析其原因是:耐水剂E剂在硫氧镁水泥胶凝体系中具有螯合功能,能与体系中的Mg2+作用形成镁基配合物,有效抑制了低强度的Mg(OH)2生成,从而提高了试件的强度。Amaral L F等[12]的研究指出,螯合物对硫氧镁水泥水化的抑制作用,能够抑制体系中Mg(OH)2的生成,并提高体系的体积稳定性。

2.3 增强剂K剂与耐水剂E剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响

通常采用软化系数表示制品在浸水或潮湿环境下长期使用的耐水性能[13]。在硫氧镁水泥耐水性变差的众多原因中,水化产物的组成和结构发生变化是导致镁质胶凝材料耐水性差的根本原因[14]。此外,由于硫氧镁水泥水化产物是亲水性晶体,在水中的可溶性是导致硫氧镁水泥强度下降的主要原因[15]。具体来讲,在硫氧镁水泥水化结晶过程中会生成大量的Mg(OH)2,而Mg(OH)2不仅强度低、耐水性差,而且还会引起体积膨胀。当MgO转变成Mg(OH)2时,固相体积增大99.8%[16],硬化体内部会产生很大的膨胀内应力,从而产生很多微裂缝,浸水后,水沿着空隙和裂缝浸入硬化体内,削弱了产物颗粒之间的结合力[17],导致试件浸水后强度下降。

2.3.1 增强剂K剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响

增强剂K剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响见图7。

  

图7 增强剂K剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响

由图7可知,添加增强剂K剂明显提高了硫氧镁水泥的耐水性。当掺量为MgO质量的0.9%时,抗折软化系数由空白对比试件的0.72提高到0.96,软化系数提高了33.33%;当掺量为MgO质量的0.3%时,抗压软化系数由空白对比试件的0.70提高到0.89,抗压软化系数提高了27.14%。

分析试件的耐水性得以提高的原因是:

(1)硫氧镁水泥中掺入增强剂K剂后,延长了水泥的初凝和终凝时间,延缓了水化硬化放热速率,减少了膨胀内应力,避免了因内部应力而产生的微裂纹,提高了试件的抗渗能力。

(2)增强剂K剂的掺加,抑制了耐水性较差的Mg(OH)2的生成,促进了强度相517相的生成,而517相在水中的溶解度仅为0.034 g/100 g,所以提高了试件的耐水性,说明硫氧镁水泥胶凝材料水化产物的水稳定性与晶相种类和形貌密切相关。

2.3.2 耐水剂E剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响

耐水剂E剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响见图8。

别呦呦把手伸到我腋窝,我怕痒,醒了。一睁眼,天早亮了,不知从哪传来几声鸟叫,有团雾从我眼前飘过,我伸手抓,抓住了,又让它溜走了。

  

图8 耐水剂E剂对硫氧镁水泥耐水性能的影响

由图8可知,随着耐水剂E剂掺量的增加,浸水28 d后试件的抗折与抗压软化系数逐渐提高,当E剂掺量从0增加到1.0%时,抗折软化系数由0.82提高到1.36,提高了65.85%;抗压软化系数由0.75提高到0.99,提高了32.0%。试件折断后,断面干燥,渗水深度不足2 mm,说明试件具有较好的抗渗性。浸水28 d试件的抗压强度只有轻微下降,而抗折强度浸水后不仅没有降低,反而有大幅度的提高,分析其原因可能是E剂在硬化体系中与Mg2+配合后,大幅度降低了Mg2+在水中的溶解度,从而提高了试件的耐水性能。

实验组与对照组出科成绩见(表2)所示,优(>80分)、良(60~80分)、差(<60分)可以看出对照组总体成绩优于实验组,差异具有统计学意义(P<0.05)。

2.4 硫氧镁水泥净浆养护7 d的水化产物成分与形貌分析

光催化降解装置如图1所示.其中的反应器为自制,长、宽、高分别为25 cm,10 cm,8 cm,玻璃板与反应器底部的距离为1.5 cm,紫外灯与玻璃板的距离为5 cm,反应器置于磁力搅拌器上,实验在光化学反应器箱体内进行.

2.4.1 硫氧镁水泥净浆养护7 d的水化产物成分分析

硫氧镁水泥净浆中掺加0.30%的增强剂与空白对比试样进行XRD分析的结果见图9。

  

图9 硫氧镁水泥净浆掺加增强剂与空白试样的XRD图

由图9可知,硫氧镁水泥胶凝材料中掺加适量的增强剂K剂后,主要生成晶相为517相,且517相具有峰宽较窄、峰高较高的较为尖锐的特征峰形,说明517晶相的结晶体发育良好;试样中基本未出现低强度的Mg(OH)2特征峰,说明改性剂K剂抑制了Mg(OH)2的生成[18]。而没有掺加改性剂的试样中生成大量的片状Mg(OH)2,也解释了试件强度低、耐水性差的原因。

2.4.2 硫氧镁水泥胶凝材料养护7 d的微观形貌分析

硫氧镁水泥胶凝材料养护7 d的微观形貌SEM照片见图10。

总之,城市绿化可美化环境,净化空气,大大改善城市居民的生活质量,其社会效益与环境效益十分突出。探析城市园林绿化存在的主要问题,可以为后续的绿化工程建设提供经验参考,从而促使其为人类生活做出更大贡献。

  

图10 硫氧镁水泥胶凝材料养护7 d的SEM照片

由图10(a)可见,不掺加改性剂的硫氧镁水泥空白试样的水化产物主要由大量的片状Mg(OH)2晶体构成,且结构疏松、孔隙较多,因此力学性能较差;而图10(b)掺加改性剂K剂的试样的微观结构主要是由分布均匀的、呈针棒状的517结晶相与Mg(OH)2凝胶相互穿插、填充生长的结构组成,使得水泥材料结构更加致密,晶界更加清晰,所以此材料呈现出更好的力学性能。

3 结论

3.1 增强剂K剂对硫氧镁水泥的凝结时间具有明显的影响。当掺量从0增加到1.50%时,初凝时间由135 min延长到423 min,延长了3倍多;终凝时间由395 min延长到774 min,延长了近2倍。而耐水剂E剂对硫氧镁水泥的凝结时间无明显的影响。

3.2 增强剂K剂能够大幅度地提高硫氧镁水泥的强度。掺量为MgO质量的0.3%时,养护28 d试件的抗折强度提高74.41%,抗压强度提高164.39%。而耐水剂E剂掺量为MgO质量的0.50%时,养护28 d试件的抗折强度提高了19.48%,抗压强度提高了16.18%,强度提高的幅度不是很大。

3.3 增强剂K剂能够很好地改善硫氧镁水泥的耐水性。当掺量从0增加到0.90%时,抗折软化系数从0.72提高到0.96,提高了33.33%;掺量从0增加到0.30%时,抗压软化系数从0.70提高到0.89,提高了27.14%。

3.4 耐水剂E剂能够大幅度提高硫氧镁水泥的软化系数。掺量从0增加到1.0%时,抗折软化系数从0.82提高到1.36,提高了65.85%;抗压软化系数从0.75提高到0.99,提高了32.0%。

3.5 外加剂K剂对硫氧镁水泥晶体生长发育及微观形貌具有明显的影响。通过抑制低强度的Mg(OH)2的生成,并促进强度相517相的生成,使试件结构更加致密,从而提高了硫氧镁水泥的力学性能和耐水性能。

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朱效甲,朱效涛,朱玉杰,朱倩倩,朱效兵,刘念杰,张秀娟,刘蓉梅
《建材技术与应用》 2018年第02期
《建材技术与应用》2018年第02期文献

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