CN111943539A - 一种镁质硫铝酸盐水泥组合物及其制品和制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁质硫铝酸盐水泥组合物及其制品和制作方法。所述镁质硫铝酸盐水泥组合物包括轻烧氧化镁、七水硫酸镁、煅烧铝矾土、磷酸或磷酸盐和水。所述镁质硫铝酸盐水泥组合物及其水泥制品的优点包括：(1)所述水泥强度高；(2)所述水泥碱度低；(3)所述水泥可利用低品位的铝矾土，能够实现资源的有效利用和合理配置；(4)所述水泥制品的使用寿命长；(5)所述水泥能与纤维材料直接复合，制作成满足各种需要的纤维増强镁水泥制品。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种镁质硫铝酸盐水泥组合物及其制品和制作方法。
背景技术
现有的镁水泥主要有由法国人S.Sorel于1866年发明的氯氧镁水泥(美国专利号53092，IMPROVED COMPOSITION TO BE USED AS ACEMENT AND AS A PLASTIC MATERIALFOR MOLDING VARIOUS ARTICLES)和于1870年发明的硫氧镁水泥(美国专利号100945，IMPROVEMENT IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL STONE)，以及美国Brook Haven国家实验室和美国Argonne国家实验室开发的磷酸镁水泥。氯氧镁水泥和硫氧镁水泥都是同核碱式盐复盐，随着湿度的升高和时间的推移，在向热力学稳定相转化的过程中，强度有不断衰减的趋势。氯氧镁水泥由于吸潮返卤、腐蚀金属的弊端，使用中受到很大限制；硫氧镁水泥力学性能较差，无法满足产品的使用要求。磷酸镁水泥是一种通过酸碱反应凝结硬化形成的水泥，由于反应速度较快，在生产镁水泥制品中很少釆用。
现有的硫铝酸盐水泥是钙质硫铝酸盐水泥，由中国建筑材料科学院王燕谋、邓君安、苏慕珍等于1974年研究和中试，1975年研制成功。但是，由于钙质硫铝酸盐水泥和植物纤维相容性差，只能用于制作建筑材料或生产GRC(Glass Fiber Reinforced Cement，玻璃纤维増强水泥)制品。
发明内容
本发明提供了一种镁质硫铝酸盐水泥组合物及其制品和制作方法。通过改变镁水泥物相结构，选择相融、相配性能优异元素组成新的结晶相，解决了镁水泥相随着湿度的升高和时间的推移在向热力学稳定相转化的过程中强度不断衰减的问题。
在一方面，本发明提供了一种镁质硫铝酸盐水泥组合物，其特征在于,包括轻烧氧化镁、七水硫酸镁、煅烧铝矾土、磷酸或磷酸盐和水,按重量份数计为：
所述煅烧铝矾土可以选用中、高品位的铝矾土煅烧，也可以选用低品位的铝矾土煅烧，煅烧后的铝矾土含有活性Al2O3和活性SiO2。
在一种实施方式中，所述煅烧铝矾土是在750至850℃煅烧2至4h，磨细至≦0.045mm，方孔筛筛余≦12％，烧失量≦7％。
另一方面，本发明提供了采用镁质硫铝酸盐水泥组合物制作产品的方法，包括：
1)将七水硫酸镁、磷酸或磷酸盐和水配成溶液；
2)将所述溶液与煅烧铝矾土、轻烧氧化镁搅拌成净浆；以及
3)在所述净浆中掺入一种或多种纤维材料，并搅拌成料浆；以及
4)成型为复合材料制品。
所述步骤1)可包括：将七水硫酸镁55～70份、磷酸或磷酸盐0.7～1.5份和水50～80份配成溶液；
所述步骤2)可包括：将所述溶液与煅烧铝矾土40～50份、轻烧氧化镁100份搅拌成净浆；
所述步骤3)可包括：在所述净浆中掺入一种或多种纤维材料，其中所述纤维材料包括植物纤维、断切玻璃纤维、玻璃纤维网格布或其组合。所述植物纤维，例如为木屑、竹碎料、秸秆、棕纤维、椰壳、甘蔗渣、麻杆、芦苇等生物质纤维。
再一方面，本发明提供了一种由所述镁质硫铝酸盐水泥组合物制作的纤维増强镁水泥复合材料制品。
实验证明，选择的新元素组成的新的凝胶共聚结晶相，不仅热力学稳定性高，而且与植物纤维的相容性也好、粘结力强，从而解决了钙质硫铝酸盐水泥和植物纤维相容性差的问题。
本发明镁质硫铝酸盐水泥反应机理不同于氯氧镁水泥、硫氧镁水泥，也不同于磷酸镁水泥。本发明的反应机理是在提高铝聚合度的前提下，利用氧化镁作为碱性激发剂、硫酸镁作为硫酸盐激发剂共同作用于活性Al2O3较高的煅烧铝矾土，生成以单硫型水化硫铝酸镁为主要水化反应产物并与水化硅酸镁、铝胶、硅胶共聚的无机胶凝材料。因此，参与反应的各组分材料的有效成分的摩尔数有：MgO>Al2O3>MgSO4>SiO2。
配置镁质硫铝酸盐水泥的组分材料中虽然也有轻烧氧化镁、硫酸镁和水，但水化反应产物中并不存在硫氧镁水泥成分，因而镁质硫铝酸盐水泥不是硫氧镁水泥。按照普里高津的耗散结构理论，如果组分材料中只有轻烧氧化镁、硫酸镁和水，这种无序的组分材料通过自组织向有序的反应生成物硫氧镁水泥转化。但是，组分材料中存在活性Al2O3较高的煅烧铝矾土，并达到一定阀值，由量变到质变，系统就要从远离硫氧镁水泥的平衡态通过自组织转化为一种新的有序，这种以单硫型水化硫铝酸镁为主要水化反应产物并与水化硅酸镁、铝胶、硅胶共聚的新的有序，完全不同于以5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O(5·1·3型)、3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O(3·1·8型)、Mg(OH)2为水化反应产物的硫氧镁水泥。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1)本发明镁质硫铝酸盐水泥强度高，按GB/T17671--1999《水泥胶砂强度检验(ISO)方法》，利用净浆制作40mm×40mm×160mm试块，抗折强度≧22MPa、抗压强度≧95MPa，浸水48h后软化系数>1；可做墙体板。
2)本发明镁质硫铝酸盐水泥碱度低，按JGJ141--2004《通风管道技术规程》条文说明3.7.1检测，pH值为6.7-8.5；对钢筋没腐蚀。
3)本发明镁质硫铝酸盐水泥可利用低品位的铝矾土，为实现资源的有效利用和合理配置开辟了一条新的途径。
4)本发明镁质硫铝酸盐水泥的组分材料中煅烧铝矾土含有活性Al2O3、活性SiO2，降低了反应生成物中的氢氧化镁含量，提高了水泥硬固体的抗硫酸盐侵蚀、抗碳化性能；又由于反应生成物中存在铝胶、硅胶，提高了水泥硬固体的抗渗性、抗冻融性和抗干湿交替性能，因而镁质硫铝酸盐水泥制品的使用寿命长。
5)镁质硫铝酸盐水泥能直接与植物纤维复合，利用镁质硫铝酸盐水泥制作的无机胶合植物纤维人造板具有防火、防水、防老化、防霉变、不含甲醛等优点，解决了木材供需结构矛盾，有利于生态平衡，并且用途广泛。
具体实施方式
镁质硫铝酸盐水泥组合物，按重量份数计，包括：轻烧氧化镁100份；七水硫酸镁55～70份；煅烧铝矾土40～50份；磷酸或磷酸盐0.7～1.5份；以及水50～80份。其中，所述煅烧铝矾土是在750～850℃煅烧2～4h，磨细至≦0.045mm，方孔筛筛余≦12％，烧失量≦7％。
所述镁质硫铝酸盐水泥配方中的煅烧铝矾土可以选用中、高品位的铝矾土煅烧，也可以选用低品位的铝矾土煅烧，煅烧后的铝矾土含有活性Al2O3和活性SiO2。
实施例1：制作不燃无机复合板
使用的原材料轻烧氧化镁和煅烧铝矾土，经检验轻烧氧化镁含活性MgO为63％，煅烧铝矾土含活性Al2O3为65％、活性SiO2为15％。试验筛选的镁质硫铝酸盐水泥按重量份数计配比为：轻烧氧化镁100份，煅烧铝矾土45份，七水硫酸镁69份，磷酸0.7份，水76份。还要根据制作的不燃无机复合板的厚度选择相匹配的玻璃纤维网格布。将七水硫酸镁、磷酸和水配成溶液，与煅烧铝矾土、轻烧氧化镁搅拌成净浆。净浆制成后，増加木屑30份在具有松解功能的碾轮机中混合成料浆，与上、下各一层玻璃纤维网格布辊压成型，就可制作不燃无机复合板。自然养护14d，各项性能指标均能达到GB25970--2010《不燃无机复合板》规定的要求。
实施例2：制作玻镁风管板
使用的原材料轻烧氧化镁和煅烧铝矾土，经检验轻烧氧化镁含活性MgO为60％，煅烧铝矾土含活性Al2O3为56％、活性SiO2为18％。试验筛选出的镁质硫铝酸盐水泥按重量份数计配比为：轻烧氧化镁100份，煅烧铝矾土47份，七水硫酸镁63份，六偏磷酸钠1.5份，水60份。还要釆用每平方米90～110g玻璃纤维绞织网格布和20mm厚绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料板。将七水硫酸镁、六偏磷酸钠和水配成溶液，与煅烧铝矾土搅拌成净浆。净浆制成后，上、下各二层玻璃纤维绞织网格布分别通过净浆并浸透，再与绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料板辊压成型，就可制作25mm厚夹心保温风管板。自然养护7d，各项性能指标均能达到JC/T646--2006《玻镁风管》规定的要求。
实施例3：制作秸秆人造板
使用的原材料轻烧氧化镁和煅烧铝矾土，经检验轻烧氧化镁含活性MgO为65％，煅烧铝矾土含活性Al2O3为58％、活性SiO2为16％。试验筛选出的镁质硫铝酸盐水泥按重量份数计配比为：轻烧氧化镁100份，煅烧铝矾土50份，七水硫酸镁69份，磷酸1.0份，水77份。秸秆选用麦秆，釆用切削的方法，剖开中空结构麦秆并加工成长20～25mm、宽0.8～1.8mm的长条状。将七水硫酸镁、磷酸和水配成溶液，与煅烧铝矾土、轻烧氧化镁搅拌成净浆。净浆制成后，与110份条状麦秆在具有松解功能的碾轮机中混合成半干态料浆，定向铺装成板坯，釆用半干法热压成型工艺，压力5MPa、温度130℃、热压时间5min，就可制作成秸秆人造板。自然养护5d，各项性能指标均能达到JC/T411--2007《水泥木屑板》、GB/T24312--2009《水泥刨花板》规定的要求。
实施例4：制作轻质隔墙条板
使用的原材料轻烧氧化镁和煅烧铝矾土，经检验轻烧氧化镁含活性MgO为61％，煅烧铝矾土含活性Al2O3为67％、活性SiO2为9％。试验筛选出的镁质硫铝酸盐水泥按重量份数计配比为：轻烧氧化镁100份，煅烧铝矾土43份，七水硫酸镁69份，磷酸1.1份，水76份。还要増加木屑35份、短切棕纤维(长度20～30mm)12份。将七水硫酸镁、磷酸和水配成溶液，与煅烧铝矾土、轻烧氧化镁搅拌成净浆。净浆制成后，与木屑、短切棕纤维在具有松解功能的碾轮机中混合成料浆，通过螺旋挤压成型机，就可挤压制作空心条板。自然养护10d，各项性能指标均能达到GB/T23451--2009《建筑用轻质隔墙条板》规定的要求。
在本文的描述中，对本发明的产品和方法描述为特殊的形状、材料、尺寸或工艺顺序，并且针对一些具体的实施例为了说明的目的提供了一些详细的参数。然而，应该理解这些具体描述并不对本发明的技术方案产生限制作用；也就是说有关形状、材料、尺寸、工艺步骤或顺序可以根据实际需要进行适当的调整、更改或变通，亦即仍然被包含在本申请要求保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种镁质硫铝酸盐水泥组合物，其特征在于,包括轻烧氧化镁、七水硫酸镁、煅烧铝矾土、磷酸或磷酸盐和水,按重量份数计为：
轻烧氧化镁 100份；
七水硫酸镁 55～70份；
煅烧铝矾土 40～50份；
磷酸或磷酸盐 0.7～1.5份；以及
水 50～80份。
2.根据权利要求1所述的镁质硫铝酸盐水泥组合物，其中所述煅烧铝矾土是在750至850℃煅烧2至4h，磨细至≦0.045mm，方孔筛筛余≦12％，烧失量≦7％。
3.一种由权利要求1或2所述镁质硫铝酸盐水泥组合物制作产品的方法，包括：
1)将七水硫酸镁、磷酸或磷酸盐和水配成溶液；
2)将所述溶液与煅烧铝矾土、轻烧氧化镁搅拌成净浆；
3)在所述净浆中掺入一种或多种纤维材料；以及
4)成型为复合材料制品。
4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤1)包括：将七水硫酸镁55～70份、磷酸或磷酸盐0.7～1.5份和水50～80份配成溶液。
5.根据权利要求3所述的方法，其中步骤2)包括：将所述溶液与煅烧铝矾土40～50份、轻烧氧化镁100份搅拌成净浆。
6.根据权利要求3所述的方法，其中步骤3)中所述纤维材料包括植物纤维、短切玻璃纤维、玻璃纤维网格布或其组合。
7.一种由权利要求1或2所述镁质硫铝酸盐水泥组合物制作的纤维増强镁水泥复合材料制品。
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| CN202010626116.1A CN111943539A (zh) | 2020-07-02 | 2020-07-02 | 一种镁质硫铝酸盐水泥组合物及其制品和制作方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114685138A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-01 | 千年舟新材科技集团股份有限公司 | 一种无机胶粘剂、使用其的难燃osb复合板及制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105130228A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-12-09 | 谌萌 | 一种镁质硫铝酸盐水泥及其与纤维增强复合材料制备板材的方法 |
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2020
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| CN105130228A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-12-09 | 谌萌 | 一种镁质硫铝酸盐水泥及其与纤维增强复合材料制备板材的方法 |
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| Title |
|---|
| 中国菱镁行业协会组: "《镁质胶凝材料及制品技术》", 31 January 2016, 中国建材工业出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114685138A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-01 | 千年舟新材科技集团股份有限公司 | 一种无机胶粘剂、使用其的难燃osb复合板及制备方法 |
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