复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能与机理的研究.pdf

文章编号: ( ) 复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能与机理的研究 王路明 ,冯扣宝,陈雪霏 ( 南京工业大学 材料科学与工程学院,南京 ;盐城工学院 材料与工程学院, 江苏 盐城 ) 摘要:在磷酸、 硬脂酸钙分别改性研究的基础上, 采用磷酸、 硬脂酸钙、 苯丙乳液改性剂对氯氧镁水泥泡 沫混凝土进行复合改性.结果表明, 同时掺入磷 酸和硬脂酸钙, 氯氧镁水泥泡沫混凝土的综合改 性效果好于单掺硬脂酸钙或磷酸改性.复掺的苯 丙乳液, 氯氧镁水泥泡沫混凝土的耐水性能及抗压强 度进一步提升, 软化系数达到 ,d和泡水d 后的抗压强度分别达到 , 和 MP a, 接近 和好于空白样, 综合复合改性效果优良. 关键词:氯氧镁水泥泡沫混凝土; 耐水性能; 复合改 性; 抗压强度; 硬脂酸钙 中图分类号:T Q ;TU 文献标识码:A D O I: / j i s s n 引言 氯氧 镁 胶 凝 材 料 (m a g n e s i u m o x y c h l o r i d ec e m e n t,MO C)是以M g O M g C l HO组成的重要无机 胶凝体系 , 与硅酸盐胶凝材料相比, 具有力学性能 优良、 凝结快、 耐火、 抗冻、 耐磨、 低碱、 与无机和有机填 料相融、 加工性能好等一系列优点 , 由 MO C制成 的泡沫混凝土砌块较硅酸盐泡沫材料具有更好的力 学、 保温、 耐火、 抗冻等性能.然而, 氯氧镁胶凝材料存 在耐水性差、 吸水后强度损失大甚至解体等重大弊端, 使得它的工程应用受到较大限制 . 截至现在, 人们主要集中采用磷酸、 粉煤灰等无机 活性材 及 部 分 聚 合 物 等 来 改 善MO C基 体 的 耐 水 性 .大多实验证明 : 磷酸能提高 MO C基体的 耐水性, 但对水泥有明显的缓凝作用, 粉煤灰等改善效 果有限, 丁苯、 苯丙等聚合物乳液无明显改善效果, 故 MO C基体的耐水性问题并未从根本上解决.目前, 关 于氯氧镁水泥泡沫混凝土的耐水性研究甚少, 其高孔 隙率增大了与水接触的面积, 对材料的耐水性提出了 更高的要求.因此, 改善和提高氯氧镁水泥泡沫混凝 土的耐水性能已成为该材料推广应用的关键. 基于以上研究现状, 本文拟采用HP O、 硬脂酸 钙、 苯丙乳液对氯氧镁水泥泡沫混凝土复合改性的新 方法, 发挥各改性剂的改性特性和优势, 以期获得对该 类泡沫混凝土良好的综合改性效果. 原材料和实验方法 原材料及试剂 轻烧氧化镁粉 本实验中轻烧氧化镁采用辽宁营口生产的 粉, 其化学成分见表. 表轻烧镁粉的化学成分 T a b l eC h e m i c a l c o m p o s i t i o no f l i g h t b u r n e dm a g n e s i a C o m p o n e n t s M g OC a OS i OA lOF eOO t h e r s M a s s f r a c t i o n/ 卤片 卤片 为 市 售, 其 中M g C l 含 量 ,C a ,S O ,C l ,F e , 水不溶物 . 苯丙乳液 苯丙乳液( 苯乙烯丙烯酸酯乳液) 为市售, 其具体 参数指标如表所示. 表苯丙乳液的技术指标 T a b l eT h e t e c h n i c a l i n d e xo f s t y r e n e a c r y l i ce m u l s i o n 乳液固含量 p H 值剪切黏度/m P as最低成膜温度/化学稳定性(的氯化钙乳液) 苯丙乳液( )w t 无絮凝等变质现象 其它 磷酸、 硬脂酸钙均为市售, 分析纯; 发泡剂为自主 研制, 主要成分为动物蛋白发泡剂、 十二烷基硫酸钠 ( S D S) 、 正十二醇、 羟乙基纤维素等. 仪器设备 b l 型发泡机、S J D 型混凝土搅拌机、S H B Y A型水泥标准养护箱、 A B型电热鼓风干燥箱、 电子天平、D RH 型导热系数测试仪、 YAW B 王路明 等: 复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能与机理的研究 基金项目: 江苏省产学研联合创新资金资助项目(S B Y ) 收到初稿日期: 收到修改稿日期: 通讯作者: 王路明,E m a i l:x l my c i t c n 作者简介: 王路明( ) , 男, 江苏盐城人, 博士, 生态环境与结构材料. 型压力实验机、QANT A 型扫描电子显微镜. 实验方法 氯氧镁水泥泡沫混凝土的制备: 实验过程中采用 的基准配合比 为n( M g O)n(M g C l), M g C l溶液的波美度( B ) , 应控制在 , 将事先 称量好的轻烧M g O粉、M g C l 溶液及各类改性剂倒入 混凝土搅拌机中搅拌均匀( 液态改性剂分别与卤液搅 拌均匀掺入, 干燥粉末状改性剂与氧化镁粉末搅拌均 匀掺入) , 形成均匀浆体后, 立即将稀释 倍的发泡剂 采用空气压缩技术制成泡沫掺入浆体( 泡沫量视干密 度而定, 本实验泡沫混凝土的干 密度设定在 k g /m ) , 慢 速 搅 拌, 待 泡 沫 分 散 均 匀 后, 倒 入 mm mm mm模具中成型, 在空气中自 然养护 h后脱模, 分别养护至, ,d后泡水d, 并 测试其抗压强度, 抗压后的试样用于S E M分析. 泡沫混凝土抗压强度实验参照G B T 蒸压加气混凝土性能实验方法 进行, 软化系数均参 照J G/T 建筑隔墙用轻质条板 中测定方 法进行.其中, 抗压强度均为块试件的平均值; 软化 系数 IR/R 式中,R为泡水d的抗压强度平均值,R为绝干 状态下试件的d抗压强度平均值. 实验结果与讨论 分别添加HP O、 硬脂酸钙抗水外加剂分别改性 氯氧镁水泥基泡沫混凝土的耐水性能.不同龄期、 不 同掺量( 改性剂与M g O粉的百分比) 改性氯氧镁水泥 泡沫混凝土的抗压强度及软化系数结果如下所示. 磷酸改性 分别选取 ,和掺量的磷酸对氯 氧镁水泥基泡沫混凝土进行改性, 不同掺量的改性效 果如表、 图、 所示. 表HP O对氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能影响 T a b l eW a t e r r e s i s t a n c eo fMO Cf o a mc o n c r e t ew i t h p h o s p h a t e 磷酸/ 泡沫混凝土抗压强度/MP a dd 浸水d 软化系数 由表及图可见, 氯氧镁水泥泡沫混凝土空白 样的泡水强度为 MP a, 软化系数为 , 较氯氧 镁水泥基体的软化系数 有所降低 , 这是由于泡 沫混凝土的多孔性, 增大了材料与水的接触面积, 加快 了水化产物晶相遇水分解的速率.随着磷酸掺量的增 加, 软化系数逐渐变大, 耐水性显著增强, 但这也是以 损失抗压强度为代价的.因为磷酸对M g O M g C l HO系胶凝材料有明显的缓凝作用, 泡沫混凝土的强 度有明显的下降趋势, 这与水泥基体的强度走势基本 保持一致, 超过下降尤为明显, 早期强度极低, 掺 量为时,d强度仅为 MP a, 较空白样下降了 , 实验过程中还发现掺量超过时, 养护d 时泡沫混凝土基本没有强度, 并伴有轻微的塌模现象, 因此掺量不宜超过.综合考虑, 掺磷酸时改性 效果最好, 其软化系数达 ,d和泡水d后的 抗压强度分别为 , 和 MP a. 图不同掺量磷酸对氯氧镁水泥泡沫混凝土强度及 软化系数的影响 F i gE f f e c to fp h o s p h a t ew i t hd i f f e r e n tc o n t e n to n s t r e n g t hd e v e l o p m e n ta n ds o f t e n i n gc o e f f i c i e n t o fMO Cf o a mc o n c r e t e 磷酸能够提高氯氧镁水泥体系的耐水性是因为磷 酸中的磷酸基团( P O ) 对C a、 M g 等金属离子 的螯合作用强 , 容易与水泥浆体中的 M g 发生反 应, 在水化产物表面形成了致密难溶的磷酸镁络合物 保护膜, 有效阻止了相的水解; 同时, 磷酸的 加入也改变了水化产物晶相的表面形貌, 使得粗壮带 棱角的相柱状晶体变成了细长而又圆滑的棒 状或带状晶体, 使得原来纵横交错的强度较硬的结晶 结构变成了相互粘附的柔性网状结构, 导致强度下降, 磷酸掺入前后泡沫混凝土试样的S EM图如图所示. 硬脂酸钙改性 分别选取 ,和掺量的硬 脂酸钙对氯氧镁水泥泡沫混凝土进行改性, 不同掺量 的改性效果如表、 图、 所示. 表硬脂酸钙对氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能影 响 T a b l eW a t e r r e s i s t a n c eo fMO Cf o a mc o n c r e t ew i t h c a l c i u ms t e a r a t e 硬脂酸钙/ 泡沫混凝土抗压强度/MP a dd 浸水d 软化系数 年第 期( ) 卷 图磷酸掺入前后氯氧镁水泥泡沫混凝土的S EM 图 F i gS EMo fMO Cf o a mc o n c r e t em o d i f i e db yp h o s p h a t e 图不同掺量硬脂酸钙对氯氧镁水泥泡沫混凝土强 度及软化系数的影响 F i gE f f e c t o f c a l c i u ms t e a r a t ew i t hd i f f e r e n t c o n t e n t o ns t r e n g t hd e v e l o p m e n ta n ds o f t e n i n gc o e f f i c i e n to fMO Cf o a mc o n c r e t e 如表和图所示, 镁水泥的耐水性能随着硬脂 酸钙掺量的增加, 先不断提高后又逐渐下降, 当掺量为 时, 软化系数最大, 达 ; 随着硬脂酸钙掺量的增 加, 水泥试样的抗压强度与空白样相比, 变化不大, 略 呈现先升高后下降的趋势.当掺量为时, 试样的 抗压强度达最高, d抗压强度为 MP a. 硬脂酸钙为一疏水物质 , 当添加到镁水泥中, 会均匀分散到水化产物的表面, 并与水化产物表面的 氢氧键形成物理吸附, 从而阻隔水分子的侵蚀, 提高泡 沫混凝土基体的耐水性.但由于吸附作用小于磷酸与 水化产物的作用, 在水化产物表面形成的保护膜也没 有磷酸镁保护膜致密, 所以硬脂酸钙耐水改性效果不 及磷酸改性, 其软化系数小于磷酸改性. 硬脂酸钙的加入未改变水泥水化产物的晶体形 貌, 水泥石结晶结构也基本没发生改变, 所以水泥试样 的抗压强度也基本没有随着硬脂酸钙的加入而有大的 变化.过多的硬脂酸钙的加入, 会使水化产物相之间 硬脂酸钙增多, 从而改变结构的密实性, 使得结构变得 疏松而柔软, 导致水泥石强度的适度下降.硬脂酸钙 改性氯氧镁水泥泡沫混凝土的S EM图如图所示. 图硬脂酸钙改性氯氧镁水泥泡沫混凝土的S EM 图 F i gS EMo fMO Cf o a mc o n c r e t em o d i f i e db yc a l c i u ms t e a r a t e 复合改性 比较磷酸和硬脂酸钙对氯氧镁水泥基泡沫混凝土 的改性结果不难发现, 磷酸对水泥早期强度影响较大, 但耐水效果较好, 软化系数较高; 而硬脂酸钙对水泥强 度影响不大, 但耐水效果不及磷酸; 综合两者改性特 点, 笔者采用将磷酸和硬脂酸钙复合掺入的办法, 对氯 氧镁水泥泡沫混凝土进行复合改性, 并尝试加入苯丙 乳液, 以期取得更好的耐水改性效果.两种复合改性 配比及改性结果如表所示. 表复合改性对氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能影响 T a b l eW a t e r r e s i s t a n c eo fMO Cf o a mc o n c r e t em o d i f i e db yc o m p o u n da d d i t i v e s 编号添加剂种类及掺量 泡沫混凝土抗压强度/MP a dd 浸水d 软化系数 空白样 磷酸硬脂酸钙 磷酸硬脂酸钙苯丙乳液 由表可见, 掺入磷酸和硬脂酸钙, 氯氧 镁水泥的耐水性能好于单纯添加硬脂酸钙, 其软化系 数达到 ;和d的抗压强度高于单掺磷酸.在此 基础上, 复掺的苯丙乳液, 氯氧镁水泥的耐水性能 及抗压强度进一步提升, 软化系数达到 , 其效果与 单掺磷酸相近, ,d和泡水d后的抗压强度分别达 王路明 等: 复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能与机理的研究 到 , 和 MP a, 接近和好于空白样.综合 复合改性效果优良. 由于苯丙乳液能够在水泥水化产物当中能够对水 化产物晶相表面形成更好的耐水保护膜, 使得水化产 物表面形成多层保护作用, 从而水泥结构的耐水性能 得到进一步的增强; 同时聚合物膜的存在能够加强水 化产物晶相的结合, 填充晶相之间的孔隙, 使得水泥石 的强度得到进一步的提升.复掺磷酸和硬脂 酸钙以及复掺磷酸、硬脂酸钙和苯丙乳液 的氯氧镁水泥石的S EM图分别见图、 . 图磷酸和硬脂酸钙复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝 土的S EM图 F i gS EMo fMO Cf o a mc o n c r e t em o d i f i e db yp h o s p h a t ea n dc a l c i u ms t e a r a t e 图磷酸、 硬脂酸钙和苯丙乳液复合改性氯氧镁水 泥泡沫混凝土的S EM图 F i gS EMo fMO Cf o a mc o n c r e t em o d i f i e db yp h o s p h a t e,c a l c i u m s t e a r a t ea n ds t y r e n e a c r y l i ce m u l s i o n 结论 ( )磷酸能够提高氯氧镁水泥体系的耐水性, 但 同时也改变了水化产物晶相的表面形貌, 使得水泥石 结构发生改变, 导致强度下降. ( )硬脂酸钙作为疏水性物质能与水化产物表 面形成物理吸附, 从而提高泡沫混凝土基体的耐水性 能, 但其耐水效果没有磷酸镁致密, 耐水改性效果不及 磷酸. ( )掺入磷酸和硬脂酸钙, 氯氧镁水泥 的耐水性能好于单纯添加硬脂酸钙, 其软化系数达到 ;和d的抗压强度高于单掺磷酸.复掺的 苯丙乳液, 氯氧镁水泥的耐水性能及抗压强度进一步 提升, 软化系数达到 ,d和泡水d后的抗压 强度分别达到 , 和 MP a, 接近和好于空 白样, 综合复合改性效果优良. 参考文献: Y a nY u t o n g,J i n gY a n,M aJ u n A d v a n c e s i nm a g n e s i u m o x y c h l o r i d ec e m e n tJ S a l tL a k e R e s e a r c h, , ( ) : U r w o n g s eL,S o r r e l lCA T h e s y s t e m M g O M g C l HO a t J JAmC e r a mS o c, ,( ) : L iG u o z h o n g,Y uY a n z h e n,e ta l E x p e r i m e n t a l s t u d yo n u r b a nr e f u s e/m a g n e s i u m o x y c h l o r i d ec e m e n tc o m p o u n d f l o o r t i l eJ C e m e n ta n dC o n c r e t eR e s e a r c h, , ( ) : L iN a,W a n gQ i,Z h a n g M e i R e s e a r c ho nw a t e rr e s i s t a n c eo fm a g n e s i u m o x y c h l o r i d ec e m e n tJ S i c h u a nC e m e n t, ,( ) : Z h a n gC h u a n m e i,D e n gD e h u a R e s e a r c ho nt h ew a t e r r e s i s t a n c eo f m a g n e s i u m o x y c h l o r i d ec e m e n ta n di t si m p r o v e m e n tJ J o u r n a lo ft h eC h i n e s ec e r a m i cs o c i e t y, , () : D e n gD e h u a T h em e c h a n i s mf o rs o l u b l ep h o s p h a t e st o i m p r o v et h ew a t e rr e s i s t a n c eo fm a g n e s i u m o x y c h l o r i d e c e m e n t sJ C e m e n ta n dC o n c r e t eR e s e a r c h, , ( ) : Y uHF,Li uPQ,W a n gW H T h ep r o p e r t i e so fs i l i c a f u m em a g n e s i u mo x y c h l o r i d ec e m e n tm a t e r i a l sJ A c ta M e t a l lS i n, , () : L i J i a n q u a n,L iG u o z h o n g,Y uY a n z h e n T h e i n f l u e n c eo f c o m p o u n da d d i t i v eo nm a g n e s i u mo x y c h l o r i d ec e m e n t/u r b a nr e f u s e f l o o r t i l eJ C o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n gM a t e r i a l s, , () : W a n gL u m i n g R e s e a r c ho nc o m p o u n d m o d i f i c a t i o no f m a g n e s i u mo x y c h l o r i d ec e m e n tJ J o u r n a lo fF u n c t i o n a l M a t e r i a l s, , () : C h a nJ a m e s,L iZ o n g j i n I n f l u e n c eo ff l ya s ho nt h e p r o p e r t i e so fm a g n e s i u mo x y c h l o r i d ec e m e n tJ M e a s u r i n g,M o n i t o r i n ga n d M o d e l i n gC o n c r e t eP r o p e r t i e s , , F uJ i a n b o S e v e r a l f a c t o r sa n dp r e l i m i n a r ym o d i f i c a t i o n m e c h a n i s ms t u d yo n m o d i f i e d m a g n e s i u m o x y c h l o r i d e c e m e n tp e r f o r m a n c eD S h a n t o u:M a s t e rsT h e s i so f S h a n t o uU n i v e r s i t y, L i Z o n g j i n,C h a uCK I n f l u e n c eo fm o l a r r a t i o so np r o p e r t i e so fm a g n e s i u m o x y c h l o r i d ec e m e n tJ C e m e n t a n dC o n c r e t eR e s e a r c h, , () : C h e nN e n g c h a n g S y n t h e s i so f f u n c t i o n a l p h o s p h a t e e s t e r a n da p p l i c a t i o ni nc o t i n gD G u a n g z h o u:M a s t e rs T h e s i so fG u a n g d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y, L iH e n g z h i,P a nZ h i h u a I n v e s t i g a t i o no nt h ei m p r o v e m e n to fw a t e rr e s i s t a n c ep r o p e r t i e so ft h es u p e rl o w d e n s i t yf o a mc o n c r e t eJ C o n c r e t e, , : 年第 期( ) 卷 R e s e a r c ho nw a t e r r e s i s t a n c ea n dm e c h a n i s mo fm a g n e s i u mo x y c h l o r i d e c e m e n t f o a mc o n c r e t ew i t hc o m p o u n dm o d i f i e r s WAN GL u m i n g , F E N GK o u b a o , CHE NX u e f e i ( C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,N a n j i n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,N a n j i n g ,C h i n a; C o l l e g eo fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n g,Y a n c h e n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,Y a n c h e n g , C h i n a) A b s t r a c t:O nt h eb a s i so f t h e r e s e a r c ho n t h em o d i f i c a t i o no nm a g n e s i u mo x y c h l o r i d e c e m e n t(MO C)f o a mc o n c r e t ew i t hp h o s p h o r i c a c i da n dc a l c i u ms t e a r a t e r e s p e c t i v e l y,t h e np h o s p h o r i c a c i d,c a l c i u ms t e a r a t ea n ds t y r e n e a c r y l i ce m u l s i o nw e r ea d o p t e dt o i m p r o v et h ew a t e rr e s i s t a n c eo fMO Cf o a mc o n c r e t e T h er e s u l t ss h o wt h a t, w h i l ea d d i n g w t p h o s p h o r i ca c i da n d w t c a l c i u ms t e a r a t et ot h e f o a mc o n c r e t e,c o m p r e h e n s i v em o d i f i c a t i o ne f f e c to fMO Cf o a mc o n c r e t ew e r eb e t t e r t h a n t h eo n eo n l ym o d i f i e db yc a l c i u ms t e a r a t eo r p h o s p h o r i c a c i d; A d m i x e dw i t hs t y r e n e a c r y l i ce m u l s i o n,w a t e rr e s i s t a n c ea n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fMO Cf o a mc o n c r e t e w e r e f u r t h e r i m p r o v e d I t ss o f t e n i n gc o e f f i c i e n tw e r eu pt o C o m p r e s s i v es t r e n g t ho f s p e c i m e nc u r e d,d a n ds o a k e d i nw a t e rdc o u l dr e a c h , a n d MP ar e s p e c t i v e l y,w h i c hw e r ea p p r o a c h i n ga n db e t t e r t h a nt h eb l a n k C o m p r e h e n s i v ee f f e c to f c o m p o u n dm o d i f i c a t i o n i ss u p e r i o r K e yw o r d s:MO Cf o a mc o n c r e t e;w a t e r r e s i s t a n c e;c o m p o u n dm o d i f i c a t i o n;c o m p r e s s i v e s t r e n g t h;c a l c i u ms t e a r a t e ( 上接第 页) L i uY u n,Z h a oJ i n g,D e n gC h e n g l i a n g,e ta l F l a m e r e t a r d a n te f f e c to fs e p i o l i t eo na ni n t u m e s c e n tf l a m e r e t a r d a n tp o l y p r o p y l e n es y s t e mJ I n d u s t r i a l C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,T a i y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,T a i y u a n ,C h i n a) A b s t r a c t:, t r i a z i n e b a s e di n t u m e s c e n t f l a m er e t a r d a n t se x h i b i te x c e l l e n tp o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s i nt h ef i e l d o fh a l o g e n f r e e r e t a r d e dp o l y m e r s,o w i n gt o t h e i rg o o dc h a r a c t e r i s t i c s l i k es m o k es u p p r e s s i o n,l o wt o x i c i t y,n o c o r r o s i o n,h i g hf l a m er e t a r d a n t e f f i c i e n c y,e t c T h e i r r e c e n t r e s e a r c h e sa n dd e v e l o p m e n t sw e r e r e v i e w e do nt h e s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no f, t r i a z i n e b a s e di n t u m e s c e n tf l a m er e t a r d a n t s,t h ec o m p o u n d s/d e r i v a t i v e s b a s e do n m e l a m i n ea n dc y a n u r i cc h l o r i d e F i n a l l y,t h ed e v e l o p i n gt r e n do f, t r i a z i n e b a s e di n t u m e s c e n t f l a m er e t a r d a n t sw a sp r o s p e c t e d K e yw o r d s:h a l o g e n f r e e;i n t u m e s c e n t f l a m e r e t a r d a n t s y s t e m;, t r i a z i n e s e r i e s 王路明 等: 复合改性氯氧镁水泥泡沫混凝土耐水性能与机理的研究