一种用于氯氧镁水泥的改性剂及其制备方法和用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于组合物改性剂领域，具体涉及一种用于氯氧镁水泥的改性剂及其制备 方法和用途。
【背景技术】
[0002] 氯氧镁水泥，又称镁水泥、菱镁水泥、索瑞尔（Sorel)水泥，是利用轻烧氧化镁粉 和氯化镁溶液（卤水）调制而成的一种气硬性胶凝材料，其材料来源广泛，生产工艺简单， 并具有高强、质轻、耐火、耐高温、低碱低腐蚀性等优异性能。
[0003] 但是，氯氧镁水泥的耐水性差这一缺点严重束缚了它的广泛应用。有研 究表明，氯氧镁胶凝材料的主要硬化体由3Mg(0H)2 · MgCl2 · 8H20(简称3相）、 5Mg(OH)2 · MgCl2 · 8H20(简称5相）、Mg(OH)2或残留的MgO(常温）组成，其中5相是氯氧 镁水泥强度的主要来源，其数量越多，镁水泥的强度就越高。但由于3相和5相极易吸水水 解，如下式：
[0004] 〔Mg2 (OH) 3 (H2O) x〕+ · Cl · (4-x) H2O (3 相）+H2O - 2Mg (OH) 2 I +H ++C1 +4H20
[0005] 〔Mg3 (OH) 5 (H2O) x〕+ · Cl · (4-x) H2O (5 相）+H2O - 3Mg (OH) 2 I +H ++C1 +4H20
[0006] 水解后水泥由网状的紧密堆积结构转变成了由层状晶体Mg(OH)2堆积的松散结 构，最终转变为可溶性组份MgCl2，造成氯氧镁水泥强度大大降低。
[0007] 有研究表明，磷酸及可溶性磷酸盐和粉煤灰都是氯氧镁水泥良好的耐水改性剂， 但各自都有不足。其中磷酸的缓凝作用巨大，使得水泥的早期强度极低；而粉煤灰对水泥强 度的降幅影响不大，但抗水性能远不及磷酸及磷酸盐。
【发明内容】
[0008] 为了克服上述现有技术的不足之处，本发明通过在氏?04、粉煤灰、硬脂酸钙分别 单一改性研究的基础上，采用磷酸、粉煤灰、硬脂酸钙对氯氧镁水泥进行复合改性，扬长避 短，以期发挥本发明所述改性剂的最好效果，寻找出改善耐水性能的最佳途径，最终获得 良好的新型建筑材料。
[0009] 本发明的第一个目的是提供一种用于氯氧镁水泥的改性剂；
[0010] 本发明的第二个目的是提供一种上述改性剂在制备改性氯氧镁水泥中的用途。
[0011] 本发明的第三个目的是提供一种改性氯氧镁水泥。
[0012] 本发明的第四个目的是提供一种上述改性氯氧镁水泥的制备方法。
[0013] 用于实现上述目的的技术方案如下：
[0014] 一种用于氯氧镁水泥的改性剂，所述改性剂包含H3PO4、粉煤灰和硬脂酸钙；优选 地，所述改性剂由H3PO4、粉煤灰和硬脂酸钙组成；更优选地，所述H3PO 4S液体。
[0015] 所述改性剂由H3PO4、粉煤灰和硬脂酸钙组成，其中，按重量份数计，所述改性剂中 H3PO4 0. 5~2份，粉煤灰10~30份，硬脂酸钙0. 5~2份。
[0016] 所述改性剂由H3PO4、粉煤灰和硬脂酸钙组成，其中，按重量份数计，所述改性剂中 H3PO4 1份，粉煤灰20份，硬脂酸钙1份。
[0017] 本发明所述改性剂在制备氯氧镁水泥中的用途。
[0018] -种改性氯氧镁水泥，所述水泥采用本发明所述的改性剂与MgO、MgCl2进行制备。
[0019] 所述改性氯氧镁水泥，按重量份数计，所述水泥的原料包含MgO 90~110份， MgCl2 35. 5~43. 5份，H3PO4 0· 5~2份，粉煤灰10~30份，硬脂酸钙(λ 5~2份；优选 地，按重量份数计，所述水泥原料包含MgO 100份，MgCl2 39. 5份，H3PO4 1份，粉煤灰20份， 硬脂酸钙1份。
[0020] 本发明所述改性氯氧镁水泥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将所述改 性氯氧镁水泥的各原料按比例混合，成型；
[0021] 优选地，所述制备方法包括以下步骤：
[0022] (1)将MgCl2制成波美度为32~34° Β?的溶液，然后与H #04混合；
[0023] (2)将MgO、粉煤灰和硬脂酸钙混合；
[0024] (3)混合步骤（1)和（2)得到的混合物，形成均匀浆体后，成型，养护。
[0025] 优选地，所述改性氯氧镁水泥成型后于空气中养护；更优选地，养护为24小时之 后脱丰吴。
[0026] 优选地，所述制备方法还包括以下步骤：
[0027] (4)脱模后继续养护至少7天。
[0028] 本发明具体说明如下。
[0029] 为了验证本发明提供的改性剂中各组分对氯氧镁水泥耐水性的作用，进行了以下 研究。
[0030] 1、测试H2PO1、粉煤灰和硬脂酸钙分别作为单一改件剂对氯氣镁水泥耐水件能的影
[0031] 原材料及试剂：
[0032] 辽宁营口的轻烧镁粉、盐城响水卤片、工业磷酸液体、粉煤灰、硬脂酸钙以及盐城 当地自来水。
[0033] 仪器设备：
[0034] SJD-30型混凝土搅拌机、SHBY-40A型水泥标准养护箱、101A-3B型电热鼓风干燥 箱、电子天平、TYE-2000E型压力试验机、Y-500型X射线衍射仪、QANTA-200型扫描电子显 微镜。
[0035] 试验方法：
[0036] 氯氧镁水泥基体的制备：试验过程中采用的基准配合比为MgO : MgCl2 = 6 : 1(摩尔比），1%(：12采用溶液形式来制备水泥基体，该溶液的波美度（° Β?)应控制在 32~34。将事先称量和制备好的轻烧MgO粉、1%(：12溶液及待测试的改性剂倒入混凝土搅 拌机中搅拌（液态改性剂与MgClJi合混合，干燥粉末状改性剂与MgO混合），形成均匀浆体 后，倒入lOOmmXIOOmmXIOOmm模具中成型，在空气中自然养护24h后脱模，分别养护3天 和7天，7天后泡水7天，在这三种情况下分别测试其抗压强度，按照GB/T17671-1999《水 泥胶砂强度检验方法（ISO法）》标准规定的方法进行测试。
[0037] 抗压后的试样用于SEM和XRD分析。
[0038] 还测试试样的软化系数，参考JG/T 1169-2005《建筑隔墙用轻质条板》中测定方 法进行。软化系数I = R1/R0,式中：Rl为养护7天后再泡水7天的抗压强度平均值，RO为 养护7天后绝干状态下的抗压强度平均值。（水泥强度是随着凝固时间延长强度渐进增长 的，氯氧镁水泥强度需7天才能基本增长完全，3天抗压强度为早期强度，将7天后的水泥再 泡水7天后，再测定其抗压强度，泡水7天后的抗压强度与泡水前（7天的）抗压强度的比 值即为软化系数。）
[0039] 同时测试空白样品，为没有添加本发明所述改性剂的氯氧镁水泥。
[0040] 不同龄期、不同掺量（改性剂与MgO粉的质量百分比）改性氯氧镁水泥的抗压强 度及软化系数结果如下所示：
[0041] (1)氯氧镁水泥的H3PO4改性效果测试
[0042] 分别选取0. 5%、1%、1. 5%、2%掺量的磷酸对氯氧镁水泥进行改性，不同掺量磷 酸的改性效果如图1和2所示。
[0043] 根据图1所示，H 3P04对氯氧镁水泥的耐水性能有显著的作用，掺量2 %时，水泥的 软化系数高达0. 91。然而H3PO4对氯氧镁水泥强度有较大的影响，当掺量为2%时，H孑04的 3天抗压强度仅为38. 9MPa，仅为基体空白样品的50. 6%，理论研究认为这是由于H3POJi 氯氧镁水泥有巨大的缓凝作用所导致的。而当掺量为〇. 5%~1%时，氯氧镁水泥强度降幅 较2 %掺量时有所降低，且软化系数仍均高于0. 8 ;当掺量为1 %时，软化系数为0. 85, 7天 抗压强度为65. 2MPa，泡水7天后强度为55. 4MPa，相对较高。
[0044] 综上所述，H3PO4改性使得氯氧镁水泥耐水性增强，当H 3P04掺量为1 %时，综合改 性效果较好，但绝对强度仍较低，尤其是早期强度，单一改性效果不够理想。
[0045] 由图2(a)可看出，氯氧镁水泥基体空白试样中5Mg(OH)2 · MgCl2 · 8H20相晶体呈 针柱状结晶形态，晶体密密麻麻地穿插于整个水泥石之中，故而整体强度较高，各个晶体棱 角分明，排列无序，相互之间无明显交联。泡水时，5Mg(0H)2 · MgCl2 · SH2O相晶体受水分子 作用而不断水解，最终溶解为可溶性盐，耐水性能差。
[0046] 由图2(b)可看出，当H 3P04掺量为1 %时的试样中含有的针柱状 5Mg(OH)2 ^MgCl2 ·8Η20相晶体外形变得圆滑，受H3PO4的侵蚀，晶体变细，并通过某种络合作 用发生明显交联，形成了比较致密的网架结构，从而稳定了 5Mg(0H)2 · MgCl2 · 8Η20相的形 态，氯氧镁水泥耐水性提高。虽然H3PO4没有和氯氧镁水泥反应产生新的水化相，但H3PO 4^ 对5Mg (OH) 2 · MgCl2 · 8Η20相或3Mg (OH) 2 · MgCl2 · 8Η20相在水中的水解反应有抑制作用，并 有理论研究表明，这种抑制作用是通过氏?04中[PO J3+离子与水泥中Mg2+离子配位而实现 的，此种配位影响或改变了 Mg2+离子的水解能力和水解反应产物的特性，降低了氯氧镁水 泥水化物形成所需的最低M