氯氧鎂水泥復合材料畢業(yè)論文

1、 .師學院師學院畢業(yè)論文畢業(yè)論文氯氧鎂水泥復合材料Magnesium Oxychloride Cement Composite materials姓名： 浩系別：化學與環(huán)境科學系專業(yè)：應用化學年級： 08 級指導教師：子山 （教授）2011 年 11 月 28 日 .I / 16摘摘 要要本課題旨在通過研究植物纖維對水泥復合材料性能的影響，探討纖維對水泥復合材料增強的機理，以求獲得植物纖維摻量與水泥復合材料性能之間的關系，使纖維在水泥工程中能得到更廣泛的應用。關鍵詞：MgO；MgCl2；水泥復合材料；植物纖維；性能AbstractThis study aims to make explorat

2、ions for the mechanism of the intensive cement composite materials which filled with plant fibers, through the research of plant fibers impacting on cement composite material properties, in order to obtain the relationship between cement composite material performances and plant fiber content, so th

3、at plant fiber in cement engineering practice can be applied more widelyKey words:MgO；MgCl2；cement composite；plant fiber；performance .目 錄中英文摘要 I1氯氧鎂水泥復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀11.1 引言11.2 氯氧鎂水泥的形成機理 11.3氯氧鎂水泥復合材料的制備方法22 實驗部分 32.1 原料和儀器 32.2 樣品制備 42.3 樣品測試43 結(jié)果與討論 53.1 不同的液固比對樣品強度的影響53.2 不同的氯化鎂溶液對樣品強度的影響63.3 不同的植物纖維摻

4、量對樣品強度的影響83.4 摻加石膏粉對樣品強度的影響9 4 總結(jié)10 參考文獻 11致13 .1 / 161 氯氧鎂水泥復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀1.1 引 言氯氧鎂水泥又稱索瑞爾(Sorel)水泥或菱鎂水泥，是Sorel于1867年發(fā)明的。與其他水泥不同，此水泥是一種MgCl2-NaOH-H2O體系組成的鎂質(zhì)膠凝材料，其主要成分為堿式氯化鎂，可以用通式Mgx(OH)ClnH2O 表示1。氯氧鎂水泥具有一系列顯著的優(yōu)點：(1)凝結(jié)硬化快且具有很好的機械強度。5080 MPa的抗壓強度是很常見的，通過加入改性劑最高抗壓強度可達200MPa以上；(2)弱堿性和低腐蝕性。氯氧鎂水泥漿體濾液的pH值在8.1

5、59.15之間,比硅酸鹽水泥的堿度低很多，一般只對金屬有腐蝕作用；(3)粘結(jié)性好。與一些有機或無機骨料如鋸木屑、木粉、礦石粉末和砂石等有很強的粘結(jié)力；(4)耐磨性好。優(yōu)于硫鋁酸鹽水泥、礬土水泥和硅酸鹽水泥,有文獻表明它是普通硅酸鹽水泥耐磨性的3倍；(5)阻燃性優(yōu)良。MgO、MgCl2都是不可燃的,且制品水化物量結(jié)晶水都能阻止點燃；(6)抗鹽鹵能力強。通過添加改性劑可以使氯氧鎂水泥抵抗各種濃度的鹵水,因此,它可用作輕質(zhì)墻體材料和裝飾板材,防水堵漏材料,防火涂層材料,或直接制成防火材料,房屋建筑或工業(yè)廠房的地面材料以與木屑板和膠合板的膠粘劑等。2 - 4氯氧鎂水泥雖然具有一系列顯著的優(yōu)點，但是其耐

6、水性差、返鹵、翹曲較嚴重,無法廣泛使用。利用不同種類的外加劑可以在很大程度上改善鎂水泥石的強度、變形性、抗水性、耐久性等重要工程力學性能, 拓寬其應用領域。天然植物纖維對水泥有阻凝或緩凝作用而且鎂水泥由于其堿性較低對植物纖維腐蝕較小，所以將植物纖維與水泥膠凝材料相結(jié)合制備水泥基植物纖維復合材料是一種解決氯氧鎂水泥耐水性差、易返鹵等缺陷的有效途徑。本試驗主要研究了植物纖維對鎂水泥水化以與力學強度的影響，為更好的開發(fā)鎂水泥基植物纖維復合材料提供理論基礎。1.2氯氧鎂水泥的形成機理各國學者對氯氧鎂水泥水化機理方面的研究作了大量的工作，研究表明：活性氧化鎂、氯化鎂和水在常溫下的水化反應的產(chǎn)物中，其相組

7、成為3Mg(OH)2MgCl28H2O和5Mg(OH)2MgCl28H2O的強度較高。5從事鎂水泥研究的學者公認的鎂水泥硬化反應過程有以下3個:(1) 5MgO +MgCl2 + 13H2O=5Mg(OH)2 MgCl28H2O (518 相) .2 / 16(2) MgO +H2O =Mg(OH) 2(3) 3MgO + MgCl2 + 11H2O =3Mg(OH)2MgCl28H2O (318 相) 6我國的夏樹屏等人在前人的氯氧化鎂絡離子聚合而成的結(jié)論基礎上,通過平衡相圖、結(jié)晶動力學、熱效應、固化過程中物相的組成和電子顯徽鏡圖像的綜合研究,對鎂水泥形成初期,中期和后期的形成機制進行了系統(tǒng)

8、的研究,認為在形成初期MgO與MgCl2水溶液接觸,MgO先水化成Mg(OH)2，Mg(OH)2溶于水中，在Mg2+， Cl-，H2O分子存在下，加速Mg(OH)2解離為Mg2+和OH-，同時溶液形成濃度梯度的非平衡狀態(tài)，分別生成518相和318相結(jié)晶, 通過溶解絡合方式,經(jīng)擴散、蒸發(fā)和結(jié)晶的綜合物理化學作用后,形成針狀交錯網(wǎng)絡結(jié)構。7現(xiàn)在一般可以認為，氯氧鎂水泥水化初期存在著一個凝膠階段，隨后水化相在凝膠表面析晶。氯氧鎂水泥晶相的形成過程分為以下三個階段: (1) 中和過程(neutralizing)。MgO溶解于溶液中, 被MgCl2溶液中的H+中和, 這個過程增加了Mg2+和OH-離子的

9、濃度；(2) 水化過程(hydrolyzing)。Mg2+和OH-溶度的增加促進了Mg2+離子的水化橋連反應, 形成了多核Mgx(OH)y(H2O)z2x - 2y；(3) 晶化過程(crystalliz2ing)。這些多核聚合物和Cl-離子、H2O分子相互吸附,形成交聯(lián)的無定型凝膠,這些凝膠最終轉(zhuǎn)化成晶型的晶相,網(wǎng)架狀結(jié)構中的孔隙不斷被晶型產(chǎn)物填充密實,強度不斷增加。1.3 氯氧鎂水泥復合材料的制備方法（1）纖維先摻法：是將纖維與基體材料先干混合均勻，然后再加水混和均勻。圖1為水泥基復合材料的纖維先摻法（2）纖維后摻法，將基體材料加水混合均勻后再加入纖維混合均勻，是通常較多采用的工藝，本實驗

10、采取后摻法。 .3 / 16圖 2 為水泥基復合材料的纖維后摻法2 實驗部分2.1 原料和儀器2.1.1 原料：MgO AR （市西隴化工廠）MgCl26H2OAR （市西隴化工廠）橡膠纖維天然橡膠纖維石膏粉工業(yè)用石膏粉水 自來水2.1.2 主要儀器：1、托盤天平（精科天平）2、DF-101 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（長城工貿(mào)）3、彈簧測力計 （市威衡電子）4、水泥抗折性能測試裝置（實驗室自造）2.2 樣品制備2.2.1 氯氧鎂水泥漿液的配制室溫下，用托盤天平稱取一定量的MgO和MgCl26H2O，量取適量的水。首先 .4 / 16將MgCl26H2O溶于水中使之形成有一定濃度的MgCl2水溶

11、液，再加入已稱量過的鎂粉，然后攪拌均勻得氯氧鎂水泥漿液。2.2.2 摻加填料與纖維用托盤天平稱取適量的石膏粉，橡膠纖維摻入氯氧鎂水泥漿液，在500ml的燒杯中慢速攪拌約1min，形成混合物漿液。2.2.3 制備樣品模型將混合物漿液倒入成型空心槽的試模中制造成型試樣，制取形狀為12mm12mm80mm的條形試樣。2.2.4 自然固化成樣品將制備好的，尺寸為 12mm12mm80mm 條形試樣，成型后以報紙覆蓋表面，以防止水分蒸發(fā)，靜置一晝夜自然固化成樣品。2.3 性能測試2.3.1 樣品抗折強度的測定方法：樣品在靜置一晝夜自然固化后，用水泥抗折性能測試裝置測量樣品的抗折強度?？拐蹚姸劝聪率接嬎悖?/p>

12、 = P / F 式中，抗折強度，Mpa；P破壞強度，N；F試樣受力面積，mm2。2.3.2具體測定步驟：測試樣品的條形試樣的抗折強度試驗采用的是三點加載簡支梁。先將試樣插入抗折試驗裝置的支梁上，使加荷輥與兩個支承輥保持等距，普通試樣的成型面應與受力方向垂直（接觸面積為 60 mm2），如圖所示：圖 3 為水泥抗折性能測試裝置 .5 / 16逐漸地加大試樣成型面的受力直至樣品從受力位置斷裂，利用彈簧測力計測試受力的大小，記錄樣品所承受力。3結(jié)果與討論3.1不同的液固比對樣品強度的影響液固比是指拌制水泥漿、砂漿和混凝土混合料時，原材料中水與固體原料的質(zhì)量比（W/C），氯氧鎂水泥的液固比一般在0.

13、40.6之間。計算液固比應考慮氯化鎂溶液中帶入的水分，實際加水量為總需水量減去氯化鎂溶液帶入的水(以后試驗部分實際需水量均按此計算)。 本試驗固定植物纖維的摻加量為1.5 g/L，氧化鎂用量為25g，氯化鎂用量為 12.4g（=1.24 g.cm-3），石膏粉用量為10g, 為保持料漿稠度一致, 每個編號其它材料配方均一樣，采用不同的液固比進行試驗取樣，成型尺寸為12mm12mm80mm的條形試樣，自然固化24h后測樣品的強度，如表1所示。表 1 不同的液固比樣品的抗折強度編 號液固比水(mL）氯氧鎂水泥（氧化鎂+氯化鎂+石膏粉+纖維/g）抗折強度(Mpa）10.3818.6 492.04 2

14、0.3919.1 492.11 30.4019.6 492.24 40.4120.1 492.34 50.4220.6 492.48 60.4321.1 492.36 70.4421.6 492.17 80.4522.1 492.09 90.4622.5 491.92 .6 / 160.380.400.420.440.461.92.02.12.22.32.42.5抗折強度/MPa液固比圖4 不同液固比樣品的抗折強度折線圖綜合表1、圖4可以看出：隨著液固比的增大，氯氧鎂水泥復合材料的流動度不斷增大，水泥復合材料容易成型。當水泥復合材料的液固比超過一定程度時，由于高液固比帶來的過多水分，將提高水泥

15、復合材料部的孔隙率，降低水泥復合材料的強度；如果氯氧鎂水泥復合材料的液固比過小，導致水泥復合材料的粘度大，不易將其攪拌均勻，結(jié)果水泥復合材料成型困難，試件不致密，最終降低了氯氧鎂水泥復合材料的強度。8在本試驗條件下，確定氯氧鎂水泥復合材料的液固比為042，在此液固比下，樣品試樣的抗折強度達到最高值，并且在此液固比下，氯氧鎂水泥復合材料試樣的流動度適中，可以滿足需要。因此，氯氧鎂水泥復合材料的液固比確定為042。3.2不同的氯化鎂溶液對樣品強度的影響為保證樣品成型時氯氧鎂水泥漿具有一定的流動性與可塑性，必須保證一定的液固比，即保證一定的液相用量。由于氧化鎂與水的反應速度慢，制品強度低，因此，常采

16、用氯化鎂溶液作為氧化鎂的調(diào)和劑。9氯化鎂溶液的溶度對樣品成型狀況有著重要作用, 氯化鎂溶液的比重一般應選在1.20 1.26 g.cm-3。10 .7 / 16本試驗固定活性氧化鎂的用量為25g，氯化鎂溶液的比重選在1.18 1.28 g.cm-3。為保持料漿稠度一致，每個編號氯化鎂溶液重水的用量(體積)都取10mL，其它材料配方均一樣，成型尺寸為12mm12mm80mm條形試樣，自然固化24h后測樣品的強度，結(jié)果如表2所示。表2 不同的氯化鎂溶液樣品的抗折強度編 號(MgCl2)/ g.cm-3MgO/MgCl2抗折強度/Mpa11.182.121.7921.22.082.1131.222.

17、052.3541.242.022.4851.261.982.2261.281.952.031.181.201.221.241.261.281.71.81.92.02.12.22.32.42.5抗折強度/MPa氯化鎂溶液比重/gcm-3圖5 不同氯化鎂溶液樣品的抗折強度折線圖綜合表2，圖5可很清楚看出，在配比與原材料不變的情況下，鹵水比重變化實質(zhì)上是MgO/MgCl2摩爾比變化的反映：在一定的圍，隨著摩爾比減小，強度逐漸增高。MgO/MgCl2的摩爾比也不是越小越好，有一個最佳值，超過這個最佳值以后，對樣品的強度反而有不利的影響。 .8 / 16在本試驗條件下，確定氯化鎂溶液的比重為1.24 g

18、.cm-3。在此比重下，樣品試樣的抗折強度達到最佳，并且在此比重下，氯氧鎂水泥漿具有具有較好的可塑性與耐水性。若MgCl2溶液的濃度過低，將導致體系中原料反應不完全，制品強度下降；若MgCl2溶液的濃度過高，制品表面上的水化相5Mg(OH) 2MgCl28 H2O就會分解出MgCl2而產(chǎn)生游離氯化鎂，使返鹵現(xiàn)象變得更嚴重, 最終導致制品結(jié)構的破壞。11因此，確定氯化鎂溶度液的比重為1.24 g.cm-3。3.3不同的植物纖維摻量對樣品強度的影響天然植物纖維復合材料是以天然植物纖維作增強材料，以樹脂或水泥作基體的一種復合材料。傳統(tǒng)的纖維增強復合材料是由聚丙烯纖維、玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維或碳纖

19、維等化學纖維組成的，它們一般都存在著耗能大、造價高、易污染環(huán)境等問題。與化學纖維相比，各種天然植物纖維具有價廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點，并具有一般纖維的強度和剛度，且比重較小，比強度、比剛度均較高，以天然植物纖維為增強基的復合材料同樣具有優(yōu)良的性能。12普通的硅酸鹽水泥由于堿性較高，對植物纖維有很強的腐蝕作用，其溶出物對水泥有阻凝和緩凝的負面影響，而氯氧鎂水泥（后簡稱鎂水泥）堿性相對于硅酸鹽水泥較低，保持在10左右，對植物纖維腐蝕較小，因此將植物纖維與鎂水泥結(jié)合起來制備鎂水泥基植物纖維復合材料，具有很大的開發(fā)空間。本試驗主要研究了不同的植物纖維摻量對鎂水泥力學強度的影響。13 本試驗固定

20、氧化鎂用量為25g，氯化鎂用量為12.4g（=1.24 g.cm-3），石膏粉用量為10g，采用不同的植物纖維摻加量進行試驗取樣，每個編號其它材料配方均一樣，成型尺寸為12mm12mm80mm的條形試樣，自然固化24h后測樣品的強度，結(jié)果如表3所示。表3 不同植物纖維摻量樣品的抗折強度植物纖維摻量 / g.L-1抗折強度 / Mpa02.100.52.251.02.26 .9 / 161.52.482.02.320.00.51.01.52.02.052.102.152.202.252.302.352.402.452.502.55抗折強度/MPa植物纖維摻量/gL-1圖6 不同植物纖維摻量樣品的

21、抗折強度折線圖綜合表3、圖6可很清楚看出：在本試驗中，若不摻加植物纖維，樣品的抗折強度比較弱；摻加 0.5 g.L-1的植物纖維時，強度略有上升；當纖維的含量由0.5 g.L-1 增長到lg.L-1時，樣品的抗折強度有所增加，但增加趨勢較??；當纖維的含量由lg.L-1繼續(xù)增長到1.5g.L-1 時，樣品的抗折強度增加趨勢明顯，當纖維的含量由1.5 g.L-1繼續(xù)增長到2.0g.L-1時抗折強度卻有少許下降。 因此本試驗選擇植物纖維的摻加量為1.5g.L-1。 3.4摻加石膏粉對樣品強度的影響在鎂水泥材料配制過程中，為了改善其某些性能，有時要加入一定量的活性混合材，或者用活性混合材作為外加劑載體

22、，與外加劑同時摻到鎂水泥中。目前在鎂水泥中使用的活性混合材主要有硅灰、粉石膏粉等15。不同的外加劑對水泥土強度有著不同的影響。摻合石膏粉可以提高氯氧鎂水泥基材料的體積穩(wěn)定性。硅酸鹽水泥潮濕膨脹主要是由于水蒸氣凝結(jié)使毛細孔中彎月面減小，表面力降低，引起濕脹、水化產(chǎn)物的結(jié)晶壓力和吸水濕脹變形等。氯氧鎂水泥潮濕膨脹的主要原因在于水化物中過剩的MgO吸水生成水鎂石。摻合石膏粉可以提高氯氧鎂水泥基材料的體積穩(wěn)定性 16。 .10 / 16本次試驗采用石膏作為摻加劑(摻入量為10g)，試驗固定植物纖維的摻加量為1.5 g/L，氧化鎂用量為25g，氯化鎂用量為12.4g（=1.24 g.cm-3），為保持料

23、漿稠度一致，每個編號其它材料配方均一樣，采用不同的液固比進行試驗取樣，成型尺寸為12mm12mm80mm的條形試樣，自然固化后觀察樣品的的體積變形情況，記錄樣品的穩(wěn)定性，并與空白試驗作比較，試驗結(jié)果見表4。表4 不同石膏粉摻量樣品的穩(wěn)定性樣品穩(wěn)定性液固比不 加 石 膏 粉摻 加 石 膏 粉0.40不穩(wěn)定較穩(wěn)定0.42不穩(wěn)定很穩(wěn)定0.44不穩(wěn)定較穩(wěn)定由表4可以很清楚的看出，在本試驗條件下，摻加石膏粉可以提高氯氧鎂水泥基復合材料的穩(wěn)定性。石膏粉的主要成分是無定形的，顆粒極細，摻入鎂水泥后，對溶液中OH-、Cl-等離子有很強的吸附能力，降低了MgO周圍離子濃度，減少了鎂水泥硬化結(jié)構中的應力，減少了結(jié)

24、晶接觸點數(shù)量，從而提高了硬化結(jié)構的穩(wěn)定性15。4 總結(jié)1、在本試驗條件下，其它配方都一樣的情況下，氯氧鎂水泥復合材料的液固比為042，樣品的抗折性能效果好；2、在本試驗條件下，其它配方都一樣的情況下，氯化鎂溶液的比重為1.24 g.cm-3樣品的抗折性能效果好；3、在本試驗條件下，其它配方都一樣的情況下，植物纖維的摻加量為1.5 g.L-1，樣品的抗折性能效果好；4、在本試驗條件下，其它配方都一樣的情況下，摻加石膏粉可以提高氯氧鎂水泥基復合材料的穩(wěn)定性。 .11 / 16參考文獻：1 CMazuranic,H Billinski,BMatkovic. Reaction products in

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