CN104529204A - 一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法，包括步骤：将质量比为1.2～2.8:1:2～3.2的矿掺氧化镁、氯化镁、水，及化学外加剂混合均匀，形成氯氧镁水泥；其中，矿掺氧化镁包括氧化镁和矿物掺合料，矿物掺和料的质量与矿掺氧化镁的质量的比例为1～6:20，化学外加剂的质量与矿掺氧化镁的质量的比例为1～3:100。该方法通过在氯氧镁水泥的制备过程中，向氧化镁-氯化镁-水的三元原料体系中掺杂化学外加剂和矿物掺和料，达到了降低氯氧镁水泥水化放热量、延长诱导期结束时间及加速期结束时间的目的；同时，矿物掺合料的加入代替了原料氧化镁的用量，也在一定程度上可降低该氯氧镁水泥的成本。

Description

一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体地讲，涉及一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法。

背景技术

氯氧镁水泥是法国科学家Sorrel发明的一种气硬性凝胶材料，又名“Sorrel水泥”或“镁水泥”，其具有早强、高强、快凝、粘结力强、碱度低、耐磨、防火、装饰效果好、抗盐卤腐蚀等特点，因而受到世界各国的广泛关注。以镁水泥为凝胶材料的菱镁制品已广泛应用于建筑建材和木材节约等领域，为国家节能、节资、减排工作做出了重要贡献。

氯氧镁水泥是由氧化镁、氯化镁和水按照一定比例混合而成的一种气硬性凝胶材料，其基本水化体系是MgO-MgCl₂-H₂O三元体系；但其作为一种水泥材料，即符合水泥的一般性能，而水泥水化是一种复杂的、非均质的多相化学反应过程。无论哪种水泥，它在水化过程中都具有“即时性”，正是由于这种“即时性”，使水泥的水化机理和动力学参数在不同的水化阶段有所不同，其主要体现在水化放热量、水化速率、电学性能及体积变化等诸多方面。在氯氧镁水泥的制备过程中，通常具有放热量大的缺点，这一缺点限制了其进一步地大规模应用。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法，该方法通过在制备氯氧镁水泥的过程中，在原料MgO-MgCl₂-H₂O三元体系中掺杂化学外加剂和矿物掺和料，从而达到降低制备得到的氯氧镁水泥水化放热量的目的。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法，包括如下步骤：将矿掺氧化镁、六水氯化镁、水，及化学外加剂混合均匀，形成氯氧镁水泥；其中，所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为1.2～2.8:1:2～3.2，所述化学外加剂的质量与所述矿掺氧化镁的质量的比例为1～3:100。

进一步地，所述矿掺氧化镁包括氧化镁和矿物掺和料；其中，所述矿物掺和料的质量与所述矿掺氧化镁的质量的比例为1～6:20。

进一步地，所述矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、矿渣中的至少一种。

进一步地，所述化学外加剂包括磷酸、磷酸盐、铁矾、柠檬酸中的至少一种。

进一步地，所述氧化镁来自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉、盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物中的任意一种；其中，所述菱镁矿轻烧粉、盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物中氧化镁的质量分数均不低于60％，所述白云石轻烧粉中氧化镁的质量分数为20％～28％。

进一步地，所述氯化镁来自六水氯化镁。

进一步地，所述水包括外加水与所述六水氯化镁中的结晶水。

进一步地，包括如下步骤：将90份氧化镁、168份六水氯化镁、1份磷酸、10份粉煤灰溶于75份自来水中，使得所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为1.2:1:2，混合均匀形成氯氧镁水泥；其中，所述氧化镁来自所述菱镁矿轻烧粉，所述份数均为质量份数。

进一步地，包括如下步骤：将95份氧化镁、101份六水氯化镁、3份磷酸二氢钠、5份硅灰溶于107份自来水中，使得所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为2.1:1:3.2，混合均匀形成氯氧镁水泥；其中，所述氧化镁来自所述白云石轻烧粉，所述份数均为质量份数。

进一步地，包括如下步骤：将70份氧化镁、72份六水氯化镁、2份铁矾、30份矿渣溶于57份自来水中，使得所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为2.8:1:2.8，混合均匀形成氯氧镁水泥；其中，所述氧化镁来自所述盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物，所述份数均为质量份数。

本发明通过在氯氧镁水泥的制备过程中，向MgO-MgCl₂-H₂O三元体系中掺杂化学外加剂和矿物掺和料，可达到降低氯氧镁水泥水化放热量、延缓水化时间的目的。

具体实施方式

以下，将参照具体的实施例来详细描述本发明。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

根据本发明的一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法，即将质量比为1.2～2.8:1:2～3.2的矿掺氧化镁、氯化镁、水混合，其中，上述矿掺氧化镁包括氧化镁和矿物掺合料；同时向该混合物中添加化学外加剂，并使得其中矿物掺和料的质量为矿掺氧化镁的质量的5％～30％，化学外加剂的质量为矿掺氧化镁的质量的1％～3％，混合均匀形成氯氧镁水泥；也就是说，矿物掺合料的添加方式为内掺，而化学外加剂的添加方式为外掺。

在制备氯氧镁水泥的过程中，一般有内掺和外掺两种不同的添加方式，选择何种添加方式取决于不同的添加物质，而不同的添加方式也造成制备得到的氯氧镁水泥具有不同的性能。一般情况下，矿物掺合料选择内掺的方式，而化学外加剂选择外掺的方式；内掺指添加的物质(本发明中指矿物掺合料)代替初始某原料(本发明中指氧化镁)的用量，如本发明中，若内掺10％矿物掺合料，则表示矿物掺合料与氧化镁的质量比为1:9，形成10％矿物掺合料的矿掺氧化镁；而外掺指添加的物质(本发明中指化学外加剂)的添加量为某原料(本发明中指氧化镁)的一比值，其为另外加入的物质，其添加量不替代该原料的用量，如本发明中，若内掺1％化学外加剂，则表示化学外加剂与氧化镁(或经内掺后的矿掺氧化镁)的质量比为1:10。

优选地，矿物掺合料可选自硅灰、粉煤灰、矿渣中的至少一种，化学外加剂可选自磷酸、磷酸盐、铁矾、柠檬酸中的至少一种；氯化镁可来自六水氯化镁，而此处的水可包括外加入体系的外加水和六水氯化镁中的结晶水，即此处的水指该体系中的水的总量。

下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1

原料氧化镁来源于菱镁矿轻烧粉，即菱镁矿的煅烧产物，用量150份，其中氧化镁的含量为60％～62％，也就是说，原料氧化镁的用量约为90份左右。

将168份左右六水氯化镁溶于75份左右的自来水中，形成氯化镁水溶液，此处自来水即为外加水，即向体系中另外加入的水，下述如无特别说明，均指此含义；再向其中加入上述150份含氧化镁为60％～62％的菱镁矿轻烧粉与1份磷酸、10份粉煤灰，混合均匀后形成氯氧镁水泥，上述份数均为质量份数；也就是说，在该氯氧镁水泥中，矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为1.2:1:2，此处水指体系中的总水量，包括添加的75份自来水及168份六水氯化镁溶解后得到的89份水；且化学外加剂磷酸的添加量为矿物掺合料粉煤灰和氧化镁的总用量的1％(此处指质量比，外掺；下述如无特别说明，均指质量比及外掺)，而矿物掺合料粉煤灰的添加量与氧化镁用量的比为1:9(此处指质量比，内掺，即总量为100份；下述如无特别说明，均指质量比及内掺)。

为说明化学添加剂磷酸及矿物掺合料粉煤灰对氯氧镁水泥制备中的水化过程的影响，在经由上述方法制备得到的氯氧镁水泥的水化阶段，对其水化放热规律进行了监测，发现该氯氧镁水泥的3d水化放热量为763.62J·g^-1，诱导期结束时间为6.77h，加速期结束时间为15.1h。

诱导期和加速期是水泥水化反应的主要阶段，诱导期为水泥放热速率低、放热量小的阶段，此阶段一般持续几个小时，其长短受众多因素的影响，包括MgO的活性、反应温度、外加剂的种类和数量等；加速期为水泥放热速率快、放热量大的阶段，此阶段主要形成了水泥的水化产物，使浆体产生强度。因此诱导期和加速期的时间长短间接上反应了水泥的凝结时间、浆体的强度和水化产物的种类和数量，从而进一步体现水泥的各种性能，如抗压强度和抗水性等。

实施例2

原料氧化镁来源于白云石轻烧粉(氧化镁的含量约为20％～27％)，即白云石矿的煅烧产物，用量475份，其中，本实施例的白云石轻烧粉氧化镁含量约为20％，即氧化镁约为95份。

将101份六水氯化镁溶于107份自来水中，形成氯化镁水溶液，再将上述白云石轻烧粉475份、3份磷酸二氢钠、5份硅灰溶于该氯化镁水溶液中，搅拌均匀形成氯氧镁水泥，上述份数均为质量份数；也就是说，在该氯氧镁水泥中，矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比例为2.1:1:3.2，此处水的来源同实施例1中所述；且化学外加剂磷酸二氢钠的添加量为矿掺氧化镁用量的3％，而矿物掺合料硅灰的添加量与氧化镁用量的比为1:19(即5:95，总量为100份)。

对该氯氧镁水泥的水化过程进行测定，可知：所述氯氧镁水泥的3d水化热为725.94J·g^-1，诱导期结束时间为7.06h，加速期结束时间为17.32h。

实施例3

原料氧化镁来自于盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物，用量117份，本实施例包含水泥制备原料氧化镁约为60％，即氧化镁为70份左右。

将72份水氯镁石(即六水氯化镁)溶于57份自来水中，形成氯化镁水溶液；再将上述煅烧产物117份、2份铁矾、30份矿渣溶于该氯化镁水溶液中，搅拌均匀形成氯氧镁水泥，上述份数均为质量份数；也就是说，在该氯氧镁水泥中，矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比例为2.8:1:2.8，此处水的来源同实施例1中所述；且化学外加剂铁矾的添加量为矿物掺合料矿渣和氧化镁总用量的2％，而矿物掺合料矿渣的添加量与氧化镁用量的比为3:7(总量为100份)。

对该氯氧镁水泥的水化过程进行测定，可知：所述氯氧镁水泥的3d水化热为713J·g^-1，诱导期结束时间为4.59h，加速期结束时间为11.01h。

上述实施例1-3中矿物掺合料分别为粉煤灰、硅灰和矿渣，化学外加剂分别为磷酸、磷酸二氢钠和铁矾，但本发明并不限制与此，矿物掺合料可为粉煤灰、硅灰、矿渣中的任意几种的混合物，而化学外加剂还可为柠檬酸或其他磷酸盐以及磷酸、磷酸盐、铁矾、柠檬酸中的任意几种的混合物。

对比实验

本对比实验旨在通过与实施例的对比，得到矿物掺合料和化学外加剂对氯氧镁水泥水化放热量的影响。

分别对实施例1-3进行了对比实验1-3的对照实验，即对比实验1、2、3的实验条件分别与实施例1、2、3相对应，只是在实施过程中，对比实验中没有加入矿物掺合料和化学外加剂，而此时氧化镁的用量为实施例中氧化镁用量与对应矿物掺合料用量的总量，即均为100份。对比实验组获得的氯氧镁水泥在水化过程中的3d水化放热量、诱导期结束时间及加速期结束时间见表1。

表1

分别对比实施例1与对比实验1，可以分析得到：实施例1中氯氧镁水泥的3d水化放热量较对比实验1中的3d水化放热量降低了8.9％，而诱导期结束时间及加速期结束时间较对比实验1中的分别延长了2倍和1倍；同理可分析实施例2与对比实验2、及实施例3与对比实验3中的参数，发现实施例2较对比实验2的3d水化放热量降低了7％，而诱导期结束时间及加速期结束时间分别延长了2.5倍和2.2倍；实施例3较对比实验3的3d水化放热量降低了10％，而诱导期结束时间及加速期结束时间分别延长了1.3倍和48％。

根据本发明的一种降低氯氧镁水泥的水化放热量的方法，通过在氯氧镁水泥的制备过程中，向MgO-MgCl₂-H₂O三元原料体系中掺杂化学外加剂和矿物掺和料，达到了降低氯氧镁水泥水化放热量、延长诱导期结束时间及加速期结束时间的目的，在操作中更具实际意义；同时，矿物掺合料的加入代替了原料氧化镁的用量，也在一定程度上可降低该氯氧镁水泥的成本。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种降低氯氧镁水泥水化放热量的方法，其特征在于，包括如下步骤：将矿掺氧化镁、氯化镁、水，及化学外加剂混合均匀，形成氯氧镁水泥；

其中，所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为1.2～2.8:1:2～3.2，所述化学外加剂的质量与所述矿掺氧化镁的质量的比例为1～3:100。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿掺氧化镁包括氧化镁和矿物掺和料；其中，所述矿物掺和料的质量与所述矿掺氧化镁的质量的比例为1～6:20。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、矿渣中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学外加剂包括磷酸、磷酸盐、铁矾、柠檬酸中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化镁来自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉、盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物中的任意一种；其中，所述菱镁矿轻烧粉、盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物中氧化镁的质量分数均不低于60％，所述白云石轻烧粉中氧化镁的质量分数为20％～28％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化镁来自六水氯化镁。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述水包括外加水与所述六水氯化镁中的结晶水。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将90份氧化镁、168份六水氯化镁、1份磷酸、10份粉煤灰溶于75份自来水中，使得所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为1.2:1:2，混合均匀形成氯氧镁水泥；其中，所述氧化镁来自所述菱镁矿轻烧粉，所述份数均为质量份数。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将95份氧化镁、101份六水氯化镁、3份磷酸二氢钠、5份硅灰溶于107份自来水中，使得所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为2.1:1:3.2，混合均匀形成氯氧镁水泥；其中，所述氧化镁来自所述白云石轻烧粉，所述份数均为质量份数。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将70份氧化镁、72份六水氯化镁、2份铁矾、30份矿渣溶于57份自来水中，使得所述矿掺氧化镁、氯化镁和水的质量比为2.8:1:2.8，混合均匀形成氯氧镁水泥；其中，所述氧化镁来自所述盐湖提锂副产镁渣的煅烧产物，所述份数均为质量份数。