CN112456955A - 碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，公开了碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料及其制备方法，主要由硫氧镁水泥浆料经改性剂改性后，掺入成孔剂膨润土制得。本发明中硫氧镁水泥浆体经改性形成碱式硫酸镁水泥浆体，浆体在凝结硬化过程中产生5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等晶相，浆体凝结硬化速度快，且5·1·7相等水化产物搭接形成微观孔结构；掺入的膨润土中主要矿物蒙脱石存在于5·1·7相等水化产物搭接形成的微观孔结构中，切割细化这部分孔而产生纳米、微米孔，实现碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料中纳米孔、微米孔的构筑，使原本疏松的孔隙结构变得致密，获得的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料具有早强、强度高、导热低、耐久性高等优点。

Description

碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料及其制备方法。
背景技术
在我国，MgSO4·7H2O储量较为丰富，盐湖卤水中硫酸镁资源储量在16.73亿吨左右；而在海水中，MgSO4·7H2O已达到3570万亿吨左右的储量。在室温情况下，轻烧活性MgO会与MgSO4·7H2O溶液反应形成硫氧镁水化物Mgx(OH)y(SO4)z·nH2O。该化合物具有凝结硬化快、早期强度高、粘结性能好、无需湿养护、导热性低、耐火性高以及耐腐蚀性好等特点，并且该制备工艺简单，可以广泛应用于生产保温材料、耐火材料、装饰装修材料等工程。
现有技术中，通过在硫氧镁水泥基体中掺入泡沫、稻壳或两者复掺制备硫氧镁水泥基轻质材料，但是硫氧镁水泥中MgO-MgSO4-H2O三元胶凝体系是一种不稳定的非平衡状态，其水化产物不稳定，容易受外界的温度、湿度等条件的影响，从而使该体系物相间发生相互转化，且该轻质材料中的孔结构的孔径较大，导致轻质材料出现强度偏低以及耐久性差等问题。
发明内容
基于以上问题，本发明提供碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料及其制备方法，采用改性剂对硫氧镁水泥浆体改性，形成碱式硫酸镁水泥浆体，浆体在凝结硬化过程中产生5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等晶相，浆体凝结硬化速度快，且5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等水化产物搭接形成微观孔结构；掺入的膨润土中主要矿物蒙脱石存在于3·1·8相和5·1·3相5·1·7相等水化产物搭接形成的微观孔结构中，切割细化这部分孔而产生纳米、微米孔，实现碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料中纳米孔、微米孔的构筑，使原本疏松的孔隙结构变得致密，获得的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料具有早强、强度高、导热低、耐耐久性高等优点。
为实现上述技术效果，本发采用了以下技术方案：
一种碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，水泥基轻质多孔材料主要由硫氧镁水泥浆料经改性剂改性后，掺入膨润土作为成孔剂混合搅拌，经凝结硬化后得到的多孔材料。
进一步地，硫氧镁水泥浆料主要由轻烧MgO或轻烧白云石与MgSO4、水混合搅拌均匀制得，其中摩尔比MgO：MgSO4：H2O＝(10-30):1:(10-30)。
进一步地，改性剂为柠檬酸、EDTA、柠檬酸三钠、硼酸、蔗糖、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸氢二钠、磷酸氢一钠、乙二胺四乙酸、酒石酸、水杨酸、乳酸、甲酸、葡萄糖酸、乙二胺四乙酸二钠、酒石酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵中的一种或多种。
进一步地，改性剂采用单掺或复掺的总掺量范围为轻烧MgO质量的0-10％。
为实现上述技术效果，本发明还提供了碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将轻烧MgO或轻烧白云石与MgSO4、水混合搅拌均匀得到硫氧镁水泥浆体；
S2、向硫氧镁水泥浆体中掺入改性剂对硫氧镁水泥浆体进行改性得到碱式硫酸镁水泥浆体；
S3、向碱式硫酸镁水泥浆体中掺入成孔剂，搅拌均匀后成型，脱模养护得到碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料。
进一步地，成孔剂采用质量比为成孔剂：水＝1:(1-10)的比例配制出成孔剂浆体，成孔剂浆体掺入量为占碱式硫酸镁水泥浆体0-90％的体积的掺量。
进一步地，步骤S3中养护条件为空气中养护，养护温度范围为5-90℃，湿度范围为20-90％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用改性剂对硫氧镁水泥浆体改性形成碱式硫酸镁水泥浆体，浆体在凝结硬化过程中产生5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等晶相，浆体凝结硬化速度快，且5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等水化产物搭接形成微观孔结构；掺入的膨润土中主要矿物蒙脱石存在于3·1·8相和5·1·3相5·1·7相等水化产物搭接形成的微观孔结构中，切割细化这部分孔而产生纳米、微米孔，实现碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料中纳米孔、微米孔的构筑，使原本疏松的孔隙结构变得致密，获得的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料具有早强、强度高、导热低、耐耐久性高等优点。
附图说明
图1为实施例2中不同干密度碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的XRD图谱；
图2为实施例2中不同干密度碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料和加气混凝土抗压强度对比曲线；
图3为实施例2中不同干密度碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料和加气混凝土导热系数对比曲线；
图4为实施例2中干密度为1231kg/m3的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的SEM图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，水泥基轻质多孔材料主要由硫氧镁水泥浆料经改性剂改性后，掺入膨润土作为成孔剂混合搅拌，经凝结硬化后得到的多孔材料。
本实施例中碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的制备步骤如下：
S1、将轻烧MgO或轻烧白云石与MgSO4、水混合搅拌均匀得到硫氧镁水泥浆体；
S2、向硫氧镁水泥浆体中掺入改性剂对硫氧镁水泥浆体进行改性得到碱式硫酸镁水泥浆体；
S3、向碱式硫酸镁水泥浆体中掺入成孔剂，搅拌均匀后成型，脱模养护得到碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料。其中，成孔剂采用质量比为成孔剂：水＝1:(1-10)的比例配制出成孔剂浆体，成孔剂浆体掺入量为占碱式硫酸镁水泥浆体0-90％的体积的掺量；养护条件为空气中养护，养护温度范围为5-90℃，湿度范围为20-90％。
本实施例中硫氧镁水泥浆料主要由轻烧MgO或轻烧白云石与MgSO4、水混合搅拌均匀制得，其中摩尔比MgO：MgSO4：H2O＝(10-30):1:(10-30)；改性剂为柠檬酸、EDTA、柠檬酸三钠、硼酸、蔗糖、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸氢二钠、磷酸氢一钠、乙二胺四乙酸、酒石酸、水杨酸、乳酸、甲酸、葡萄糖酸、乙二胺四乙酸二钠、酒石酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵中的一种或多种。
在本实施例中，硫氧镁水泥浆体经改性剂改性后，获得的碱式硫酸镁水泥浆体，碱式硫酸镁水泥浆体在凝结硬化过程中产生5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等晶相，浆体凝结硬化速度快，且5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等水化产物搭接形成微观孔结构；掺入的膨润土中主要矿物蒙脱石存在于5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等水化产物搭接形成的微观孔结构中，切割细化这部分孔而产生纳米、微米孔，实现碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料中纳米孔、微米孔的构筑，使原本疏松的孔隙结构变得致密，获得的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料具有早强、强度高、导热低、耐久性高等优点。
实施例2：
本实施例以硫氧镁水泥的基准配合比为：摩尔比MgO:MgSO4:H2O＝20:1:18，选用掺量为0.08％的柠檬酸和0.08％的EDTA作为外加剂进行复掺。在该基准配合比的基础上，膨润土作为成孔剂，按成孔剂：水为1:5(质量比)的比例配制成孔剂浆体并静置24小时后，按照成孔剂浆体占碱式硫酸镁水泥浆体体积的不同比例掺量制备不同干密度的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，将成孔剂浆体与碱式硫酸镁水泥浆体混合并用尺寸为40mm×40mm×160mm标准模具成型。脱模后养护，养护条件为温度15-25℃，湿度50-70％，得到碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料。
本实施例中成孔剂浆体占碱式硫酸镁水泥浆体体积从0-60％共计7组样品，28d干密度依次为1653kg/m3、1532kg/m3、1361kg/m3、1231kg/m3、1076kg/m3、936kg/m3、760kg/m3。
图1为不同成孔剂浆体掺量的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料经28d养护后水化产物的XRD谱图。可以看出，成孔剂的掺入对碱式硫酸镁水泥的物相种类并没有产生很大影响，掺成孔剂的碱式硫酸镁水泥的水化物相种类与水泥基体的一样均为5·1·7相、Mg(OH)2、MgO、MgCO3和少量的3·1·8相。
如图2和图3分别是不同密度的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料与加气混凝土的抗压强度、导热系数对比曲线；图2和图3的数据表明，碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料和加气混凝土的抗压强度和导热系数都随密度的增大而增大，相同干密度条件下碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的抗压强度要高于加气混凝土的抗压强度，且相同干密度条件下碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的导热系数要低于加气混凝土的导热系数；是因为在孔隙率相等的情况下，膨润土中主要矿物蒙脱石存在于5·1·7相、3·1·8相和5·1·3相等水化产物搭接形成的微观孔结构中，切割细化这部分孔而产生纳米、微米孔，实现碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料中纳米孔、微米孔的构筑，使原本疏松的孔隙结构变得致密，获得的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料具有强度高、导热低的优点。
图4为30％成孔剂掺量下碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料(干密度为1231kg/m3)的SEM图谱。可知，凝结硬化后的碱式硫酸镁水泥出现较多的针棒状5·1·7相，孔隙间有较多的纳米孔结构，使其结构紧密。
本实施例中选用的硫氧镁水泥改性剂为复掺柠檬酸和EDTA，需要说明的是，在实际生产应用中，能够将硫氧镁水泥改性为碱式硫酸镁水泥的其他类型的外加剂采用单掺或复掺加入硫氧镁水泥浆体中，也能够达到与本实施例相近的效果。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，其特征在于：所述水泥基轻质多孔材料主要由硫氧镁水泥浆料经改性剂改性后，掺入膨润土作为成孔剂混合搅拌，经凝结硬化后得到的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，其特征在于：所述硫氧镁水泥浆料主要由轻烧MgO或轻烧白云石与MgSO4、水混合搅拌均匀制得，其中摩尔比MgO：MgSO4：H2O＝(10-30):1:(10-30)。
3.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，其特征在于：所述改性剂为柠檬酸、EDTA、柠檬酸三钠、硼酸、蔗糖、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸氢二钠、磷酸氢一钠、乙二胺四乙酸、酒石酸、水杨酸、乳酸、甲酸、葡萄糖酸、乙二胺四乙酸二钠、酒石酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，其特征在于：所述改性剂采用单掺或复掺的总掺量范围为轻烧MgO质量的0-10％。
5.碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的制备方法，该方法用于制备如权利要求1-4任意一项所述的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将轻烧MgO或轻烧白云石与MgSO4、水混合搅拌均匀得到硫氧镁水泥浆体；
S2、向硫氧镁水泥浆体中掺入改性剂对硫氧镁水泥浆体进行改性得到碱式硫酸镁水泥浆体；
S3、向碱式硫酸镁水泥浆体中掺入成孔剂，搅拌均匀后成型，脱模养护得到碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料。
6.根据权利要求5所述的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的制备方法，其特征在于：所述成孔剂采用质量比为成孔剂：水＝1:(1-10)的比例配制出成孔剂浆体，成孔剂浆体掺入量为占碱式硫酸镁水泥浆体0-90％的体积的掺量。
7.根据权利要求5所述的碱式硫酸镁水泥基轻质多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中养护条件为空气中养护，养护温度范围为5-90℃，湿度范围为20-90％。
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