硫氧镁胶凝复合材料的制备及其改性研究

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硫氧镁水泥是一种新型绿色环保建材,既能发挥镁水泥优良的工程优势,又对环境保护具有重要意义,但因其存在力学性能较低、耐水性能较差、体积稳定性不好等问题阻碍了其发展。因此,开发高强度、高耐水性及高韧性的硫氧镁复合材料成为研究重点。以抗折强度、软化系数、凝结时间等为主要指标,研究单一改性剂对硫氧镁水泥各性能的影响。结果表明:添加氧化物类改性剂如二氧化硅和氧化钙对硫氧镁水泥的强度和耐水性的改性效果不显著;添加无机酸及无机酸盐改性剂如磷酸、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠可有效改善试样的性能,其中磷酸二氢钠的改性效果较好,添加1.0%磷酸二氢钠改性的试样抗折强度达22.92MPa,软化系数达0.72;添加有机酸及有机酸盐改性剂如苹果酸、丙二酸、丁二酸、葡萄糖酸、丙二酸钠和苹果酸钠均能不同程度的提高硫氧镁水泥的性能,其中,葡萄糖酸的改性效果最显著,添加1.5%葡萄糖酸改性的试样抗折强度达26MPa,耐水系数达0.83。以抗折强度、体积收缩率为重要指标,研究改性剂与改性剂复合以及改性剂与晶须复合对硫氧镁水泥性能的影响。结果表明:添加复合改性剂能显著提高硫氧镁水泥的抗折强度,其中,1%磷酸二氢钠和1.5%苹果酸、0.5%丙二酸钠和2%葡萄糖酸、1%苹果酸钠和2%丙二酸以及1%苹果酸钠和2.5%葡萄糖酸四种复合改性剂,极大地提高了硫氧镁水泥的力学性能,抗折强度均在30MPa以上,与氯氧镁水泥的强度相当,可作为氯氧镁水泥的升级换代产品。葡萄糖酸与K2Ti6O13晶须、Zn O晶须和Ca CO3晶须复合,都能起到较好的改性效果,不仅提高了力学性能,体积稳定性也得到改善。利用水热合成法制备153型(MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O)碱式硫酸镁晶须,考察制备条件对碱式硫酸镁晶须的影响,以期得到形貌规整、纯度较高的碱式硫酸镁晶须。并以添加1.5%葡萄糖酸的硫氧镁水泥为基体,将碱式硫酸镁晶须加入硫氧镁水泥中,以抗折强度、体积收缩率为重要指标,考察碱式硫酸镁晶须对硫氧镁水泥各性能的影响。结果表明:在氧化镁活性为84%、硫酸镁浓度为10%、氧化镁与硫酸镁摩尔比为1.06、反应时间为7.5h、反应温度为170℃、搅拌速率为300r/min的条件下,制得的碱式硫酸镁晶须形貌规整、纯度较高。碱式硫酸镁晶须能显著提高硫氧镁水泥的力学性能、耐水性能和体积稳定性能,在晶须添加量为3%时,抗折强度提高26.96%,软化系数提高9.64%,体积稳定性提高41.63%。
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