硫酸镁建筑材料制备及性能研究

马梦娜

摘要：硫酸镁水泥具有质轻、高强、高环保以及低耗能等特点，是一种新型的胶凝材料，其在建筑领域有着重要的应用前景。本论文采用发泡技术，选用硫酸镁水泥作为主要的原材料，制备硫酸镁基轻质材料，并通过单一变量的实验方法，研究了不同的稳泡剂剂量、水灰比条件下制备的材料的力学性能以及软化系数性能，为以后的硫酸镁建筑材料的研究奠定了基础，同时为以后的应用提供了理论和试验的依据。

关键词：硫酸镁;材料表征;力学强度;衍射分析

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）01-0012-04

0引言

我国城镇化的不断发展，人民生活质量的不断提高，使得国民对于环保的意识逐渐提高。而以轻烧氧化镁作为原材料制备的硫酸镁水泥，也因轻烧氧化镁是一种环境友好型的凝胶材料而具有很大的发展潜力。而碱式硫酸镁水泥是由硫酸镁水泥加入改性剂制备得到的新型水泥材料。其对人体没有伤害、因不含氯离子对环境比较友好，故其应用领域比较广泛。碱式硫酸镁水泥的性能好坏跟原材料的配料比、改性剂的种类等由密切的关系。吴成友等研究者通过添加改性剂制备了碱式硫酸镁水泥，此水泥具有抗碳化、耐腐蚀等优点;材料的不同配比值影响碱式硫酸镁水泥的流动性，以及发现在不添加减水剂的情况下，适量的原材料配比制备出的硫酸镁水泥也具有较好的流动性。不同的材料影响制备的碱式硫酸镁水泥的耐水性以及耐硫酸盐的腐蚀性，研究并发现粉煤灰的加入能显著提高水泥的抗折性。还有研究发现不同的外加剂和粉煤灰的加人对碱式硫酸镁水泥的抗硫酸腐蚀性有一定的影响。研究发现，不超过40%的粉煤灰的加入以及不超过30%的矿渣的加入对制备的碱式硫酸镁的抗压性能造成不利的影响，但是却对其材料的耐水性得到了提。陈聪等研究者通过化学发泡法制备了碱式硫酸镁水泥的泡沫混凝土，并研究了容量和粉煤灰对材料的抗压强度和导热系数进行了研究，研究表明，外掺粉煤灰的确可以提高混凝土的抗压强度，但是导热系数却升高了，总体提高了制备的泡沫混凝土的性能。本论文通过不同的稳泡剂剂量的加入以及不同的水灰比比值对制备的碱式硫酸镁水泥泡发材料的性能进行了研究，并对反应过程中产生的水化产物的衍射图谱进行了分析，为以后相关领域内的研究提供了数据支持。

1實验仪器和实验方法

1.1实验材料以及仪器

硫酸镁建筑材料制备所需的实验材料如表1所示。

硫酸镁建筑材料制备所需的实验仪器如表2所示。

1.2实验步骤

将称取适量的轻烧氧化镁和七水硫酸镁在水泥净浆搅拌机中进行干拌5min，紧接着将称取适量的硅酸钠和90%的设计用水配置成溶液，将配置好的溶液倒人搅拌锅中，并搅拌5min，以使得水泥充分溶解，并形成均一的浆体，此是加入稳泡剂一硅酮酰胺继续搅拌。将硅酸钠与剩余的10%的设计用水配置成硅酸钠溶液，并倒人搅拌锅中，进行5min的搅拌，最后加入双氧水溶液，在搅拌锅高速旋转的情况下进行15s的搅拌，搅拌结束后静置2min，将浆料置于模具中，并于温度20℃+2℃，湿度60%±5%的条件下进行养护，并于48h后进行脱模处理，继续养护，直到规定的养护龄期。在此材料的制备过程中，其配合比如公式（1），公式（2）以及公式（3）所示。

2.3x射线衍射表征

将被试件放置于压力试验机中后取出，将试件内部压碎，并放置于研钵中磨细，磨细的试样放置于卡槽中，并用光滑的玻璃片进行压平操作，并用衍射仪进行x射线衍射检测，并依据检测到的衍射峰的位置和强度，参照标准的检测卡片对比被试件的物象成分进行一系列的分析。

3复合材料实验分析

3.1稳泡剂用量对复合材料的影响

本实验选用硅酮酰胺作为制备发泡水泥的稳泡剂，主要因为其是高效的稳泡剂。我们将按照表3中各材料的配比来制备发泡水泥，称取200g的轻烧氧化镁，根据此重量来量取其他原料的重量，其中双氧水和稳泡剂的剂量是按照用水量的百分比进行配置。

观察图1可知，制备的发泡水泥的压缩强度值随着稳泡剂用量的增加呈现先下降后升高的趋势。稳泡剂的添加剂量为0.26%时，14d的压缩强度值达到最高，约为4.1MPa;添加剂量为1.4%时，14d的压缩强度值达到最低值，约为3.5MPa。同时可以观察到，当稳泡剂的添加剂量较低时，其制备的发泡水泥的强度值相对于添加剂量较高时的强度值大，添加剂的量达到1.4%时，其发泡水泥的强度值达到最低值，随着稳泡剂剂量的继续增加，其材料的强度值有呈现上升的趋势。

3.2水灰比用量对复合材料的影响

用水量的多少直接关系到制备的材料的强度，其中水灰比的大小是影响材料强度的重要因素之一。因此，我们通过控制水灰比的剂量来制备不同的硫酸镁水泥发泡材料，其实验配料表如表4所示，此配料表是根据一个试件模具的量进行配置，同时发泡剂的剂量和水灰比的剂量要求是根据“材料发泡完成后的最终体积达到预设的体积”时的配料比。

水灰比的剂量对材料软化系数的影响如图2所示。

观察图2可得，软化系数随着水灰比的增加呈现下降的趋势，其原因是由于水灰比比值较低时，材料的孔壁内部孔隙比较少，从而孔壁内部与水的接触面积相对来说较小，软化系数此时呈现较高的值。而随着水灰比的增加，孔壁内部的孔隙会越来越大，越来越多。此时的接触面积增大，使得软化系数降低。

3.3x射线衍射的图谱分析

在不同的水灰比比值的条件下，水化产物的XDR图谱图如图3所示。

由图3可以观察得，水灰比比值的变化对水化产物的产生有影响。比值取0.26时，材料中的氧化镁衍射强度达到最高值，比值上升到0.32时，其氧化镁的衍射强度呈下降的趋势，此现象说明适量的水灰比比值可以促进氧化镁的水化反应，水灰比含量低时，氧化镁在反应过程中不充分，而随着水灰比比值的升高，水化的氧化镁的含量逐渐增加，反应材料中的氧化镁的含量减少，因此其氧化镁的衍射峰的峰值低。

4结语

文章以轻烧氧化镁以及硫酸镁作为主要原材料，硅酮酰胺作为稳泡剂以及硅酸钠作为外加剂，制备碱式的硫酸镁水泥发泡材料，并通过不同的稳定剂和水灰比的添加剂量研究了碱式硫酸镁水泥发泡材料的强度性能以及软化系数的影响，研究表明，0.26%的硅酮酰胺的添加量时，制备的水泥材料的强度最高，水灰比的比值为0.30时，制备的材料的软化系数达到了0.7224。此研究为以后该领域的研究打下了坚实的基础。