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菱镁水泥制品的工艺问题

来源: 时间:2014-02-13

        我国镁质材料资源十分丰富,其中菱镁矿的储藏量近30亿吨,氯化镁遍及沿海各盐矿。镁质胶凝材料的开发与应用在我国起始于二十世纪初(见相关链接:氯氧镁水泥又叫索瑞尔水泥和菱镁水泥)。“七五”期间,国家投入了上千万巨资,设立了《镁水泥物理化学基础及特性研究》重点科技攻关课题,并明确了制备性能稳定的氯氧镁材料的最佳条件和技术。我国制定12项标准,规范这种材料的生产,标准遍及建材、冶金、煤矿、市政、农业、铁路、消防等行业部门,并于2000年在合肥成立了“国家建材局镁质胶凝材料检测中心”,规范统一检测质量。氯氧镁胶凝材料虽然工艺不十分复杂,生产能耗小,产品具有节能、代木、节土、节水和生产成本低等特点,但是,由于对形成的硬化镁水泥石的相组分、相结构及其强度来源与强度的影响因素不十分清楚,特别是配料组分不科学、不合理,出现返卤、泛霜、变形现象,导致产品性能下降。     有关部门统计,目前我国镁质材料产品质量总体合格率大约只有60%左右。如何使这个有利于节能与环保的建筑材料造福人民?笔者分析国内当前镁质材料制品生产技术现状及所出现的缺陷,提出采取的技术措施。
    (一)返卤、泛霜的防治技术
        泛霜是镁质制品的重大质量缺陷,降低了产品强度与防水防湿性能。返卤和泛霜都会影响产品外观,污染环境。
    返卤原因及防治技术:
    1、把握动态科学的配比。
        常温气凝的镁质材料胶凝力学性能的主要相结构与相组分为:5Mg(0H)2·MgCl2·8H20。在生产中,MgO(betway体育)的反应克分子比是多少,这是技术的核心。它的用量确定是通过MgO/MgCl2的不同克分子比的胶凝硬化体,分别测试不同龄期的强度及防水性能,确定最佳组分的物理力学性能,同时用X衍射及电子显微观察确定组分的相组成和最佳用量,作为MgO/MgCl2的克分子比用量应大于5,这是一个基本原则。
        作为确定配比用量的MgO应是活性MgCl2,即在常温下(10℃。~35℃)和特定的时间内发生水化反应的betway体育。作为刚出厂的MgO含量在80%一85%的轻烧镁粉,其活性betway体育的含量大都是65~2%,若以轻烧粉中MgO含量作为配比的克分子计算依据必然导致MgCl2的用量过剩。
        在确定正确计算依据的情况下还应注意轻烧betway体育中的活性betway体育含量不是一成不变的,在储存过程中由于受潮或吸收空气中的水分形成水镁石’Mg(OH)2从而降低了活性.MgO的含量,这种情况在我国南方尤为突出。
        因此生产企业必须不定期地测定轻烧粉中的活性MgO含量、调整MgCl2的用量和配比组成,以动态科学的配比克服返卤、泛霜一现象。
    2、科学规范的成型、养护工艺。
        镁质材料的水化反应和硬化过程是需要时间的,部分生产者误把表面干固成型当成了水化反应完成,甚至为了缩短生产周期,不控制升温速度或加热养护都是不正确的。镁质材料的水化反应是一个需要时间的过程,通常表面干固脱模,仅是完成水化反应的17%左右。脱模后要注意保温、保湿养护,正确的做法是在成型温度10℃~35%:下,体系反应温度不超过70℃,脱模后保持自身水化热和排湿的情况下养护3~5天,然后进行干空养护。切忌在脱模后进行干燥,否则未反应的MgCl2伴随水分的蒸发,迁移到制品的表面,水分蒸发后留下MgCl2造成返卤,泛霜,同时强度要损失10%~20%。在镁制材料制品的成型养护中还切忌采用高浓度卤液和加热方式。
        在生产过程中,不合理的工艺技术会导致氯氧镁制品返卤、泛霜。如:搅拌不均匀,正确的搅拌机应选择双轴且能白转与公转而且能变速,最高的搅拌速度能达到90~110r/min,若采用单轴搅拌机也应考虑设置倒顺开关和变速装置。生产中还切忌用MgCl2促凝液调整料浆稠度。因为这破坏了组成的克分子比关系,必然导致镁质材料中MgCl2过剩,如发生稠度变大的情况时,可用相当于料浆量2%~5%的1.5%的浓度的磷酸溶液加以调节。
    镁质材料制品表面有多种原因,需通过不同的技术手段加以遏制:
        NaCl霜,它的主要成分是NaCI和少量的KCl和MgCl2·6H2O,这主要是组分中上述杂质含量较高,特别是MgCl2·6H20中的含上述杂质较高,易于形成NaCl霜。限止NaCl的含量,自然可减少这种霜的形成。轻质填充料滑石粉、轻质碳酸钙的析出物形成的霜,这种现象多发生在镁质料浆中加入了上述物质。这需要在镁质材料料浆中尽量加入和轻烧粉比重(d=1.6g/cm3~1.9g/cm3)相当的填充料,减少料浆中的含水率。
        Mg(OH):和Ca(0H):霜的生成,是由于在轻烧粉原料中烧失量过大或MgO的克分子用量过大,造成MgO的水化,形成Mg(0H)2水镁石而表现出的白色形成物含量较大所造成的,控制轻烧粉原料的CaO含量或是选用合格稳定的轻烧粉原料,就可以制约这种霜的形成。
MgCl2·6H2O霜的形成与镁水泥浆料的配比组成有直接关系,制约这种现象要从调整原材料配比,调整养护制度,掺加外加剂等方面入手。
        泡水处理法防止返卤、泛霜值得商榷。一般认为将硬化固结后的镁质材料制品浸泡在加入有漂白粉、碳酸钠和固色剂的水溶液中,浸泡处理24~48小时,能够提高镁质材料的强度。笔者认为,泡水破坏了镁质材料的水化过程,降低了材料的强度。特别是刚硬化脱模的镁质材料其强度的形成率仅为37.5%左右,MgCl2溶于水中更谈不上加强水化过程。同时,泡水增加了工艺的复杂性,增加了浸泡设施的费用和人力,浸泡水的排放增加了二次污染,泡水后增加了制品的干燥过程和干燥能耗,加剧了制品使用后的收缩率和导致开裂等现象。因此泡水不是理智之举。

(二)合格稳定的原材料是确保镁质材料制品质量的重要保障
    1、轻烧MgO
        轻烧betway体育粉是镁质材料的主要原料之一,它是由菱镁矿MgCO3在’750%~850~C下锻烧而来。一些生产厂家煅烧工艺较为落后,特别是对原料或烧成后的矿石无均化的措施,造成同一批产品,甚至同一袋产品的MgO含量和有效MgO含量都有较大的差距。
        还有部分生产者为片面追求生产成本,往往采用菱苦土替代轻烧粉生产镁质材料制品,这不可能生产高质量镁质材料制品。要保证MgO原料的合格与稳定性,生产合格的镁质材料制品,所采用轻烧MgO的原料,其MgO含量为80%一85%,活性MgO含量≮60±2%;Ca0含量<1.5%;烧失量为5%一9%;细度为≮170目。
    2、MgCl2
        MgCl2是镁质皎凝材料的两种主要原料之一,它的质量要求主要有两方面,一是MgCl2的有效含量,在JC/r449—2000标准中明确指出MgCl2≥43%,钙离子Ca+含量≤0.7%;另一方面是碱金属氯化物(以Cl—计)≤1.2%,因为Ca+与Cl—的含量将直接影响制品的稳定性与泛霜性。作为镁质材料制品富含Cl—对金属有腐蚀性,不能长期用金属增强。除采取有效措施使制品不产生残余MgCl2存在外,还可用MgSO4·H2O或MgSO4·7H2O替代部分的MgCl2·6H2O,用硅灰替代部分轻烧.MgO粉,其性能无异于镁质材料性能,但是材料费用较大,使其大面积推广尚有困难。
    3、其它材料
        主要是指增强材料玻璃纤维,虽然镁质材料硬化固结后介质PH值在7.2~7.6,但作为高碱性的玻璃纤维在遇水后纤维中的Na2O与K2O会形成NaOH,KOH等产物,与起骨架作用的SiO2发生反应,破坏了玻璃纤维的结构组成,不仅起不了加筋增强作用,还会引起玻纤表面缺陷和裂缝的扩展,也会导致玻璃纤维强度下降。因此要采用无碱玻璃纤维,玻纤的浸润剂应是无蜡的,以保证镁质胶凝材料的界面结合力。
    4、合理使用填充料
        填充料按其对氯氧镁胶凝材料的功能而言可分为活性与隋性,所谓活性如活性矿渣、活性煤渣、活化磷的工业废渣、活性硅灰等。它们的加入不仅能降低成本而且能有效地和Mg2+形成MgSiO3和3MgHPO3·3H20等抗水性强的结晶胶凝化合物,并改变氯氧镁复盐结接点,增强了晶体间的穿捅和粘附力,从而提高了材料的强度和抗水性。使用这一类材料应注意细度不可大于200目,材料应干燥,加量要适中。
        另一类为惰性填料,诸如石英粉、滑石粉、玻璃粉(中碱或无碱)、大理石等,这一类填料应是自身强度比较高,化学稳定性和体积稳定性好,在菱镁胶凝材料制品中起骨架作用,缓冲和减少了菱镁材料硬化所产生的体积膨胀,同时改变了制品的孔结构,增加了制品的密实性,对提高制品的强度和减少变形大有裨益。对填料的使用应注意以下问题:一是填料的化学组成以不合碳酸盐成分为好,如方解石粉、石灰石粉和轻钙等。因为碳酸盐会发生化学反应放出二氧化碳气体,使制品产生气孔,减弱抗渗性和相应的强度。二是外加的填料要确保细度不得大于1 80目,且应该干燥,保证能与氯氧镁胶凝材料充分地进行界面结合。惰性填料的加入量,可相对于轻烧betway体育重量的l:1—1:0.1。至于木质材料的填充料,诸如植物秸秆、锯屑等应注意材料的含泥量应<1%,细度在20—60目,含水率应<25%,材料不应霉烂变质即可。

(三)改性外加剂的正确使用
        外加剂是稳定5·1·8相的重要第三组分,参与方式一种是填充到5·1·8晶格的空穴中,另一种是取代了5·1·8晶格中的某种组分,但并不影响5·1·8相的整个化学结构,特别是加入含活性SiO2的混合材,掺入磷酸盐、酸性磷酸盐及磷酸、B203、、硅酸,掺入含硫化物和活化硫的工业废渣等。有的水溶性有机聚合物乳胶类外加剂,诸如:丙烯酸乳胶、EVA乳胶、氯偏乳胶、uF树脂等。它们的加入除了自聚合提高镁质制品的强度外,还具有堵塞毛细通道作用,提高抗水性能。作为掺入的外加剂应该具备两个条件:一是能使结晶改性形成难溶于水的相结晶点,同时能使未组成结晶相的镁形成难溶于水的化合物;二是自身具有一定的胶凝性能,能粘聚在结晶相的界面,提高抗水浸蚀能力,或者自身具有抗水功能,堵塞于毛细通道上;改善抗水性能。上述的水溶性聚合物和铁盐(硫酸亚铁),铝盐(硫酸铝、A1203等),锌盐(硫酸锌)等就属这种类型。

(四)防止氯氧镁制品的变形与防裂
        氯氧镁制品的变形表现的形式有收缩变形;厚度与密度偏差及结构不对称所造成的翘曲变形,变形影响建筑功能和使用效果。过多过大的用水量,会导致这一问题的出现。一般在混合料浆中液/固比值在0.43—0.47左右,根据活性MgO的含量所确定MgCL2的用量。在此条件下,水的用量能使MgCl2的浓度保持在20%一23%时的用水量即是正确的用水量。应强调的是生产企业应设置干燥设备,使制品的含水率在出厂前控制在8%~10%,避免制品在使用过程中因排湿的不一致造成变形。在实际生产中对于组分中的轻质、松软的填充料应尽可能的少加或者不加。这类填充料对抵制材料的收缩不力,同时本身的吸湿性也大,加剧了材料的收缩,同时在组分中也应注意纤维的加筋量是否足以提高抗击力和防裂要求。
        制品的厚度、密度公差大和结构不对称所造成的变形现象,多发生于手工成型,增强的玻璃纤维网格布分布不均匀也会引起制品变形。还应注意作为填充的集料比重应尽可能和轻烧betway体育粉相一致,避免集料的比重不同造成在成型过程中产生沉积或上浮于混合集料,造成容重差异大。板材内部的收缩、膨胀不一致,产生结构应力会引起翘曲变形,克服厚度公差、容重公差和注重结构的对称性是防止变形的关键举措。
        合理的施工技术与嵌缝材料的应用是防裂的重要举措。没有收缩的无机胶凝材料是不存在的。能做到的是把收缩限制到最小的范围内,再配合合理的施工技术与嵌缝材料的应用。笔者仅就硅镁隔墙条板在墙体施工中有关事项叙述如下:
        硅镁墙材使用的板材含水率,应控制在当地的空气最低平衡含水率。通常为9:t-,4%需嵌缝和与框架及地面接角的板材二端面、二侧面必须将脱模剂除去,更新其表面以增加和嵌缝材料的粘接力。使用的板材养护龄期不得低于28天。墙板安装完毕后,停滞5~7天,以调节板材和施工环境的含水率,平衡及安装后的位移平衡。
        墙板与楼地面接触空距采用半干硬性混凝土填充撬实。其组成为是32.5号硅酸盐水泥中粗砂:膨胀剂:水=l:2.5~3.0:0.1:0.2~0.3(重量份)
        嵌缝胶泥采用聚合物纤维水泥砂浆。其组成为,32.5号普硅水泥:中粗砂:维纶纤维:水溶性聚合物:水(重量份)=1:2.5:6/1000:0.05~0.1:0.38~0.45(维纶纤维长度6~12mm)。也可用同质的氯氧镁胶凝料,加入上述同量的维纶纤维与水溶性聚合物,水溶性聚合物可选用丙烯酸乳胶、EVA乳胶、偏氯乙烯乳液和聚醋酸乙烯乳胶。
        嵌缝施工分两次进行,板材的侧缝应扩大为宽×深=lcm×0.5cm。第一次嵌缝深度为2/3,凝固后再嵌1/3,并在表面用聚酯布或维纶布加以粘贴,即所谓的防裂带处理。

(五)氯氧镁胶凝材料制品标准与规范完善商榷
        关于氯氧镁的原材料和制品的相关标准针对不同用途和要求,各有侧重,但对于一些材质共性的问题却未有统一标准,根据国外和一些地区的相关标准提出如下建议:
    1、氯氧镁胶凝材料制品的返卤、泛霜是质量缺陷的表现形式之一,凡以氯氧镁为原料,无论何种产品都必须做抗返卤性和泛霜性检验。这一问题应在我国现行标准中统一提出。JC688标准指出,抗返卤性在相对湿度i>90%,温度30~C~40~C的恒温恒湿箱观察12小时,观察有无水珠或变潮。12小时的时间偏短,建议改为72小时。泛霜性检验.ICT568标准笔者认为可行。
    2、建议增设水溶出物含量和水溶出物Cl一含量的测定,其含量不超过镁质材料的0.3%,溶出物含量≤6%。
    3、建议增设软化系数的测定,以衡量产品的抗水性。同时应测定冻融以判断做装饰构件的可否。建议软化系数应I>0.8,冻融次数不低于25次。
    4、应明确产品的出厂含水率为9士4%。
    5、产品的抗弯强度,特别是板材,应和产品的密度,板材厚度相关。不能笼统的定位一等品与合格品的抗弯强度值。
    6、应明确产品的收缩率与湿胀率和吸湿下垂度等的指标,提供产品的可利用价值。
    7、应统一产品检测的成型养护龄期的时间。笔者认为养护龄期28.天为宜。     .
    8、吸水率项目检验和吸水率指标不统一,建议此项必须设定,吸水率值应≤13%为宜
        总之,制作与生产优质、稳定的氯氧镁胶凝材料制品是一个多因素的系统工程。不能用粗放简单的方式对待氯氧镁胶凝材料的生产与应用,也不应因某些不按科学规范生产的氯氧镁胶凝材料制品所造成的质量缺陷,而否定这种材料的存在价值。

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