CN113185258B - 双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料及制备方法 - Google Patents

双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其原料以重量份计包括：轻烧氧化镁粉49.7～66.6份，七水硫酸镁24.4～32.8份，粉煤灰4～19.1份，矿粉2～12.7份，柠檬酸0.5～0.6份。本发明利用粉煤灰与矿粉作为原料制备硫氧镁复合胶凝材料，降低了胶凝材料的制备成本，节约资源，同时扩大硫氧镁水泥在市场上的应用。此外，所制备的胶凝材料能够有效提高水泥的力学强度，减少体积收缩，提高其体积稳定性及耐水性能。

Description

双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料及制备，具体涉及一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料及制备防范。
背景技术
目前新建建筑主要以框架建筑为主，墙体材料不再作为承重材料，而更倾向于轻质、保温、隔热、隔音的绿色功能性材料。
硫氧镁胶凝材料又称硫氧镁水泥，是一种新型镁质胶凝材料，它是在MgSO4、MgO和H2O按照一定比例混合调配成MgSO4-MgO-H2O三元体系的基础上，经充分水化形成以xMg(OH)2·yMgSO4·zH2O为主要成分的气硬性胶凝材料。邓德华向硫氧镁水泥体系中掺入标号为S的有机酸改性剂，并对硫氧镁水泥的五项组成原理和水化机理进行讨论，发现有机酸的掺入可以很大程度地改善硫氧镁水泥的力学性能，使其接近氯氧镁水泥的强度。余红发等人通过现代外加剂技术、物相追踪技术，验证在掺加柠檬酸的 MgO-MgSO4-H2O胶凝体系中形成的主要水化物相为5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O(5·1·7 相)。后续学者将这种使用有机酸改性的硫氧镁水泥称为碱式硫酸镁水泥。碱式硫酸镁水泥具有许多优点，包括良好的耐热性及防火性能、较低的导热率、密度较低、与纤维材料具有娘好的相容性。此外，与硅酸盐水泥相比，由于氧化镁的煅烧过程能耗较低，二氧化碳的排放量较少，碱式硫酸镁水泥被视为可持续、绿色环保的胶凝材料，可广泛用作耐火材料、隔热材料、绝热材料和粘合剂。
然而，随着碱式硫酸镁水泥应用领域日益扩大，现有生产技术及性能指标已无法满足不断提高的产品品质要求，力学强度较低、耐水性不够等问题已成为限制硫氧镁水泥行业发展的重要因素。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料及制备方法，解决现有硫氧镁胶凝材料力学强度低、耐水性不足的问题。
技术方案：本发明所述的双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其原料以重量份计包括：
轻烧氧化镁粉49.7～66.6份，七水硫酸镁24.4～32.8份，粉煤灰4～19.1份，矿粉2～12.7份，柠檬酸0.5～0.6份。
其中，所述轻烧氧化镁粉经200目筛的筛余率为8.5％，MgO的含量≥80％，其中活性氧化镁的含量≥60％。
所述七水硫酸镁的纯度≥95％，其中，MgSO4重量含量为45～50％。
所述粉煤灰按照质量百分比包括以下氧化物：SiO2 30～40％、Al2O3 33～38％、CaO 3～9％、Fe2O3 2～8％。
所述矿粉按照质量百分比包括以下氧化物：CaO 33～38％、SiO2 25～30％、Al2O313～17％、MgO 8～15％。
本发明所述的双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料的制备方法，将轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
有益效果：本发明粉煤灰和矿粉稀释水泥中氧化镁和硫酸镁的浓度，降低水化放热速率，使得5·1·7相晶相发展更加完整；掺入的粉煤灰、矿粉起到微集料填充作用，掺加矿物掺合料后，可有效填充水泥空隙，使得水泥内部空隙减少，增加其密实程度，提高硫氧镁水泥强度，有利于强度的稳定发展，力学强度增加6～23％，软化系数增加1～5％，干燥收缩减少3～64％；降低了轻烧氧化镁粉的用量，减少了生产轻烧氧化镁粉时的自然资源和能源消耗，降低了温室气体排放，具有积极的环境效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其组分按重量份计包括：轻烧氧化镁粉62.65份、七水硫酸镁30.72份、粉煤灰4.02份、矿粉2.01份和柠檬酸0.6份。将轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
将上述组分混合均匀制成40*40*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为64.6MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017测定试件软化系数为0.92，养护至90天后测试干燥收缩率为3262μm/m。
实施例2
一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其组分按重量份计包括轻烧氧化镁粉59.09份、七水硫酸镁28.97份、粉煤灰7.58份、矿粉3.79份和柠檬酸0.57份，由以下轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
将上述组分混合均匀制成40*40*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为63.9MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017测定试件软化系数为0.90，养护至90天后测试干燥收缩率为2994μm/m。
实施例3
一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其组分按重量份计包括轻烧氧化镁粉55.91份、七水硫酸镁27.41份、粉煤灰8.07份、矿粉8.07份和柠檬酸0.54份。由以下轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
将上述组分混合均匀制成40*40*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为61.8MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017测定试件软化系数为0.92，养护至90天后测试干燥收缩率为2910μm/m。
实施例4
一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其组分按重量份计包括轻烧氧化镁粉55.91份、七水硫酸镁27.41份、粉煤灰10.76份、矿粉5.38份和柠檬酸0.54份。由轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
将上述组分混合均匀制成40*40*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为71.8MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017测定试件软化系数为0.93，养护至90天后测试干燥收缩率为2698μm/m。
实施例5
一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其组分按重量份计包括轻烧氧化镁粉55.91份、七水硫酸镁27.41份、粉煤灰12.1份、矿粉4.03份和柠檬酸0.54份。由轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
将上述组分混合均匀制成40mm*40mm*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为64.3MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017测定试件软化系数为0.91，养护至90天后测试干燥收缩率为2783μm/m。
实施例6
一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其组分按重量份计包括轻烧氧化镁粉49.68份、七水硫酸镁24.36份、粉煤灰16.99份、矿粉8.5份和柠檬酸0.48份。由轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
将上述组分混合均匀制成40mm*40mm*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为71.5MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017测定试件软化系数为0.91，养护至90天后测试干燥收缩率为1194μm/m。
实施例1-6中轻烧氧化镁粉经200目筛的筛余率为8.5％，MgO的含量≥80％，其中活性氧化镁的含量≥60％。七水硫酸镁的纯度≥95％，其中，MgSO4重量含量为45～50％。粉煤灰按照质量百分比包括以下氧化物：SiO2 30～40％、Al2O3 33～38％、CaO 3～9％、Fe2O32～8％。矿粉按照质量百分比包括以下氧化物：CaO 33～38％、SiO2 25～30％、Al2O3 13～17％、 MgO 8～15％。
将实施例1～6所得的碱式硫酸镁水泥试件标准养护至28天后得到抗压强度、测得的软化系数及养护至90天的干燥收缩率如下表所示：
表1试件性能对比表
抗压强度/MPa 软化系数 干燥收缩率/10<sup>-6</sup>
对比例 58.3 0.89 3365
实施例1 64.6 0.92 3262
实施例2 63.9 0.90 2994
实施例3 61.8 0.92 2910
实施例4 71.8 0.93 2698
实施例5 64.3 0.91 2783
实施例6 71.5 0.91 1194
表中，对比例为的组分按重量份计包括轻烧氧化镁粉66.56份、七水硫酸镁32.79份和柠檬酸0.64份。对比例的材料制成40mm*40mm*160mm的碱式硫酸镁复合胶凝材料试件，标准养护至28天后测试抗压强度为58.3MPa，按照现行标准T/CMMA 4—2017 测定试件软化系数为0.89，养护至90天后测试干燥收缩率为3365μm/m。
由表1所得结果可知，利用本发明的碱式硫酸镁水泥满足胶凝材料的强度要求，并且其耐水性也得到了一定程度的提升，体积稳定性增强，使得碱式硫酸镁水泥的性能得到进一步的优化。除此之外，本发明的碱式胶凝材料不仅能够有效利用粉煤灰和矿粉，还能够明显降低氧化镁用量，实现降低成本、节约资源和保护环境。
向碱式硫酸镁水泥中单掺粉煤灰或矿粉，试件的力学强度会随着掺量的增加，呈现逐渐降低的趋势，本发明双掺粉煤灰和矿粉并与选择各个原料合适的配比关系则可以有效改进单掺带来的强度降低，最高力学强度可达71.8MPa。本发明双掺粉煤灰和矿粉后，在提升试件力学强度的同时，试件的耐水性最高可达0.93，体积稳定性增强。

Claims (2)

1.一种双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料，其特征在于，其原料以重量份计包括：
轻烧氧化镁粉49.7～66.6份，七水硫酸镁24.4～32.8份，粉煤灰4～19.1份，矿粉2～12.7份，柠檬酸0.5～0.6份；
所述轻烧氧化镁粉经200目筛的筛余率为8.5％，MgO的含量≥80％，其中活性氧化镁的含量≥60％；
所述七水硫酸镁的纯度≥95％，其中，MgSO4重量含量为45～50％；
所述粉煤灰按照质量百分比包括以下氧化物：SiO2 30～40％、Al2 O3 33～38％、CaO 3～9％、Fe2 O3 2～8％；
所述矿粉按照质量百分比包括以下氧化物：CaO 33～38％、SiO2 25～30％、Al2 O3 13～17％、MgO 8～15％。
2.根据权利要求1所述的双掺粉煤灰和矿粉的碱式硫氧镁复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，将轻烧氧化镁粉、粉煤灰、矿粉混合均匀溶于含有柠檬酸的硫酸镁溶液得到。
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