菱鎂膠凝材料的研發(fā)與應(yīng)用

菱鎂膠凝材料的研發(fā)與應(yīng)用

1.產(chǎn)品配方的確定我國鎂產(chǎn)品發(fā)展已有60多年的歷史。采用氯氧鎂凝膠為膠的材料，強(qiáng)度高，彈性好，防火，密度適應(yīng)，能耗低，環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于防火板、通風(fēng)管道、防火門芯板、泡沫墻板等產(chǎn)品的生產(chǎn)。近十年,隨著氯氧鎂改性技術(shù)應(yīng)用的深入,制品品種、產(chǎn)量逐漸擴(kuò)大,呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象,同時(shí)諸多問題也暴露出來,這當(dāng)中有行業(yè)管理的問題,有無德企業(yè)惡意為之的問題,也有科學(xué)技術(shù)不能正確普及的問題。在制品生產(chǎn)層面主要表現(xiàn)在,有的企業(yè)不懂得如何計(jì)算氯化鎂和氧化鎂的合理比例,有的技術(shù)人員不懂得要根據(jù)主要原料成分變化來及時(shí)調(diào)整配比,氯氧鎂鎂改性劑的選擇不能隨環(huán)境溫度變化而變化,導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)這樣那樣的質(zhì)量問題,產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。在中國菱鎂行業(yè)協(xié)會的協(xié)調(diào)下,國家木材節(jié)約發(fā)展中心于2013年7月15日批準(zhǔn)了“菱鎂膠凝材料微機(jī)配料系統(tǒng)的研究”項(xiàng)目,該項(xiàng)目由山東省建筑科學(xué)研究院(下稱山東院)牽頭,山東質(zhì)量認(rèn)證中心協(xié)作,項(xiàng)目編號為2013-1011。該項(xiàng)目預(yù)期運(yùn)用信息技術(shù)研制一款具有多種菱鎂制品生產(chǎn)配方調(diào)整功能的計(jì)算軟件,使得使用者能夠科學(xué)及時(shí)地應(yīng)對個各類生產(chǎn)要素的變化,以期對整個菱鎂行業(yè)的技術(shù)水平帶來提高,為各制品企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量帶來提高。山東省建筑科學(xué)研究院自1958年建院伊始就開始進(jìn)行氯氧鎂膠凝材料的研究工作,先后承擔(dān)了獲得山東省科技進(jìn)步三等獎和山東省建筑業(yè)技術(shù)創(chuàng)造一等獎的“菱鎂膠凝材料的改性劑試驗(yàn)研究”項(xiàng)目和山東省科技廳攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“菱鎂膠凝材料低溫早強(qiáng)促凝劑的研究”等,這些成果均填補(bǔ)了國內(nèi)空白,居國際同類技術(shù)領(lǐng)先水平。在氯氧鎂膠凝材料領(lǐng)域的研究工作始終處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。推出的緩凝劑、抗返鹵劑、偶聯(lián)劑、消泡劑和低溫早強(qiáng)劑等“科韻”系列改性劑,可以控制氯氧鎂水泥制品的物理力學(xué)性能,并且可以根據(jù)不同制品的生產(chǎn)需要來控制膠凝材料的和易性和凝結(jié)時(shí)間。作為先進(jìn)技術(shù)的擁有者和中國菱鎂科研基地,山東院來承擔(dān)該項(xiàng)目,具有得天獨(dú)厚的條件。常見的菱鎂膠凝材料包括氯氧鎂水泥、硫氧鎂水泥和磷酸鎂水泥,由于近期硫氧鎂改性技術(shù)的突破,在市場上會出現(xiàn)大量的改性硫氧鎂制品,以往業(yè)內(nèi)所稱的“菱鎂制品”的概念就需要細(xì)化,項(xiàng)目組在征求項(xiàng)目下達(dá)單位及行業(yè)協(xié)會秘書處的同意后,將本項(xiàng)目所稱的“菱鎂”替換為“氯氧鎂”,以引導(dǎo)行業(yè)正確進(jìn)行制品分類。項(xiàng)目組選取了防火門芯板、防火板、內(nèi)隔墻板、通風(fēng)管道、工藝品、建筑模殼等各類制品的生產(chǎn)配方為研究對象,根據(jù)其應(yīng)用范圍、市場規(guī)模、技術(shù)基礎(chǔ)、以及服務(wù)對象的多少,優(yōu)先確定了防火門芯板、防火板、內(nèi)隔墻板、通風(fēng)管道四類量大面廣的制品為研究目標(biāo),首先根據(jù)各類原材料的標(biāo)準(zhǔn)和山東院研究經(jīng)驗(yàn),確立其使用邊界,對邊界內(nèi)的原料配比生成生產(chǎn)參考配方。以活性氧化鎂含量、環(huán)境溫度為變量,根據(jù)多年來山東院積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),使用成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù),建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,編制相關(guān)的程序,計(jì)算給出各種原料用量、濃度及其他填料的參考用量。建立方便的人機(jī)界面,讓用戶簡單快捷的使用。經(jīng)過項(xiàng)目組的努力,我們按期完成了該項(xiàng)目的全部研究工作,其標(biāo)志性成果《氯氧鎂制品配料計(jì)算軟件》也在2013年11月6日完成。在項(xiàng)目的實(shí)施過程中,格爾木華鵬鹽化有限公司和海城市華豐鎂業(yè)礦產(chǎn)品有限公司參與并承擔(dān)了提供氯化鎂、輕燒氧化鎂兩種主要原材料的質(zhì)量數(shù)據(jù)的任務(wù)。該項(xiàng)目于2013年12月8日在北京通過國家木材節(jié)約發(fā)展中心組織的驗(yàn)收,驗(yàn)收結(jié)論為達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。2.研究的主要內(nèi)容2.1產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)氯氧鎂鎂膠凝材料即鎂質(zhì)膠凝材料是無機(jī)膠凝材料的重要分支之一,原料資源豐富,我國菱鎂礦儲量居世界之首,總儲量為35.64億噸,占世界儲量的28.7%,且雜質(zhì)少、品位高,一般MgO含量為40%~60%。它主要應(yīng)用于建筑工程、市政工程、公路交通、環(huán)保行業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,其制品在代木、代鋼等方面,顯示出優(yōu)越性。我國菱鎂制品生產(chǎn)企業(yè)在3000家以上,生產(chǎn)的制品有防火門芯板、防火板、隔墻板、蔬菜大棚支架、通風(fēng)管道、波形瓦、工藝品、菱鎂檢查井蓋等。菱鎂膠凝材料生產(chǎn)過程無需蒸養(yǎng),具有節(jié)水、節(jié)電、節(jié)能特點(diǎn),生產(chǎn)工藝簡單、投資少、見效快,而且制品本身不燃燒、防火性能突出、輕質(zhì)高強(qiáng)、隔熱、隔音、韌性好,抗凍,因而得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.1影響氯氧鎂產(chǎn)品性能的主要因素(1)cl24h2o2c氯氧鎂水泥體系中主要有四個反應(yīng)相生成:2Mg(OH)2·MgCl2·4H2O(2相),氯氧鎂水泥中表現(xiàn)出最優(yōu)異的機(jī)械性能,3相是不穩(wěn)定相,5相鎂水泥石抗壓強(qiáng)度比3相要高,3相和5相抗壓強(qiáng)度比較見表1,因此在反應(yīng)中最希望生成5相晶體。(2)mgo活性的影響MgO活性不僅是影響反應(yīng)產(chǎn)物組成及其形成速度的主要因素,而且也是影響反應(yīng)產(chǎn)物穩(wěn)定性的主要因素,MgO活性過大,易生成Mg(OH)2,有阻止或抑制5相生成的趨勢;MgO活性過小,5相易轉(zhuǎn)變成3相;MgO活性適中,生成5相,且穩(wěn)定性好。(3)mgo/mgcl2摩爾比通過對MgO/MgCl2摩爾比的研究,發(fā)現(xiàn)其對制品強(qiáng)度和變形有很大影響,當(dāng)MgO/MgCl2摩爾比提高,氯氧鎂水泥抗壓強(qiáng)度提高,當(dāng)MgO/MgCl2摩爾比=7~9時(shí),基本沒有返鹵現(xiàn)象,強(qiáng)度高,外觀較好。采用較高M(jìn)gO/MgCl2摩爾比,對提高5相穩(wěn)定性有利。見表2(4)o/mgcl2氯氧鎂水泥反應(yīng)速度和水化產(chǎn)物與MgO/MgCl2、H2O/MgCl2摩爾比相關(guān)性很強(qiáng),MgO/MgCl2摩爾比較大則硬化體中殘留的MgCl2較少,吸潮返鹵可能性較小,H2O/MgCl2越大反應(yīng)速度相應(yīng)加快,殘留MgCl2較少,吸潮可能性小。H2O/MgCl2摩爾比在15:1~20:1范圍內(nèi),隨著摩爾比增大,氯氧鎂水泥石抗壓強(qiáng)度明顯降低,采用較低H2O/MgCl2摩爾比,即較大的氯化鎂溶液濃度能提高5相穩(wěn)定性,但是要滿足料漿和易性要求。(5)添加外包劑對穩(wěn)定五相結(jié)構(gòu)的影響摻加外加劑是穩(wěn)定5相結(jié)構(gòu)的有效方法,某些外加劑可以穩(wěn)定水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及形態(tài),增加泡水穩(wěn)定性。2.1.2氯氧鎂產(chǎn)品的合作比設(shè)計(jì)方法(1)確定摩爾比和摩爾比MgO/MgC12的摩爾比確定原則,根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品類別、用途,產(chǎn)品生產(chǎn)和使用地區(qū)的溫度和濕度,確定摩爾比。根據(jù)MgO/MgCl2摩爾比=活性MgO百分含量×輕燒粉用量×95.1÷(鹵水用量×鹵水中MgCl2含量×40.3),推導(dǎo)出輕燒粉與鹵水質(zhì)量比=MgO/MgCl2摩爾比×鹵水中MgCl2含量×40.3÷(活性氧化鎂含量×95.1)(2)水的臨界濃度MgO/MgCl2摩爾比確定后,MgCl2的量基本確定,生產(chǎn)不同的制品,選用不同的填料及加量,為了滿足成型的需要,料漿的液固比在一定范圍內(nèi),只能調(diào)節(jié)氯化鎂溶液的濃度。根據(jù)MgC12臨界濃度確定用水量,臨界濃度是指MgC12溶液濃度在最佳值時(shí),配制的氯氧鎂硬化體獲得最好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性能,且性能隨著齡期增長而增強(qiáng)。MgCl2溶液在20%~23%區(qū)域時(shí),獲得氯氧鎂硬化體性能最佳,表3展示了氯化鎂溶液的配制,同時(shí)也告知不同波美度的鹵液,摻入一定的水可以使其達(dá)到在鹵液中的臨界濃度的含量,這樣在配置氯氧鎂膠凝材料時(shí),水的用量就可以量化了。改性劑的種類,按其作用可分為:緩凝劑、促凝劑、早強(qiáng)劑(又分低溫型和常溫型)、減水劑、抗返鹵劑、消泡劑、發(fā)泡劑、增韌劑、表面處理劑等。根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品要求及改性劑說明書選擇改性劑品種及加量,選用的改性劑必須滿足氯氧鎂膠凝材料改性劑(WB/T1023-2005)標(biāo)準(zhǔn)要求。(5)確定實(shí)際生產(chǎn)的比例根據(jù)以上4點(diǎn)確定一個配方,成型部分產(chǎn)品,進(jìn)行檢測,根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。2.1.3原材料標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)我們多年研究成果總結(jié)出生產(chǎn)防火門芯板、防火板、隔墻板、通風(fēng)管道的主要原材料要求見表4。2.2氯氧鎂產(chǎn)品配理軟件的準(zhǔn)備2.2.1數(shù)據(jù)庫的前端工具(1)開發(fā)環(huán)境運(yùn)行平臺:windowsXP開發(fā)語言:powerbuilder后臺數(shù)據(jù)庫:microsoftofficeaccesss數(shù)據(jù)庫(2)選擇powerbuilder作為開發(fā)工具,主要以為它是完全按照客戶體系結(jié)構(gòu)研制設(shè)計(jì)的,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),圖形化的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境,是數(shù)據(jù)庫的前端開發(fā)工具。使用PowerBuilder可以很容易地開發(fā)和數(shù)據(jù)庫打交道的商業(yè)化應(yīng)用軟件,應(yīng)用開發(fā)人員通過簡單的鼠標(biāo)操作即可設(shè)計(jì)、建立、交互檢驗(yàn)和測試客戶應(yīng)用程序。(3)選擇microsoftofficeaccesss數(shù)據(jù)庫,主要是因?yàn)锳ccess是一款數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的開發(fā)工具軟件且高度成熟,用MS-access來開發(fā)軟件,其最大的優(yōu)點(diǎn)是:易學(xué)!非計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員,也能學(xué)會。低成本地滿足了那些從事企業(yè)生產(chǎn)管理工作的人員的需要,通過軟件來計(jì)算配方。2.2.2系統(tǒng)需求分析與研究成果(1)生產(chǎn)配方保存功能統(tǒng)一友好的操作界面,保證系統(tǒng)的易用性,方便用戶操作。具備生產(chǎn)配方保存功能,方便使用者對現(xiàn)行配方和歷史配方進(jìn)行瀏覽與比較;具備各種原材料的使用標(biāo)準(zhǔn),便于比對;具備各種原材料的摻加順序,便于制造生產(chǎn)。(2)隔墻板及無機(jī)通風(fēng)管道用戶通過使用界面,根據(jù)需求選擇制品類型,分別為:防火門芯板、防火板、內(nèi)隔墻板和無機(jī)通風(fēng)管道。用戶通過錄入環(huán)境溫度、輕燒粉活性氧化鎂含量和輕燒粉用量便可獲得相應(yīng)的生產(chǎn)配方。產(chǎn)生的配方可保存,可打印。為防止該軟件的濫用和隨意盜版,本軟件使用與銀行U盾類似的加密手段,須插入U(xiǎn)盤軟件方可正常運(yùn)行。(3)后臺數(shù)據(jù)庫簡介隨著信息技術(shù)的發(fā)展,開發(fā)環(huán)境運(yùn)行平臺windowsXP,開發(fā)語言powerbuilder和后臺數(shù)據(jù)庫microsoftofficeaccesss都是成熟的開發(fā)工具,完全可以實(shí)現(xiàn)本軟件的各項(xiàng)功能;綜合各項(xiàng)氯氧鎂改性技術(shù),以及山東省建筑科學(xué)研究院科研人員多年現(xiàn)場服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型,可以解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的主要變化,從技術(shù)上來講是可行的,具有現(xiàn)實(shí)的可操作性。(2)數(shù)據(jù)庫的程序設(shè)計(jì)經(jīng)過數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),進(jìn)一步建立所需的數(shù)據(jù)庫,再進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接,對各主要模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)及編程。因加密環(huán)節(jié)需要,具體源程序和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)在此不詳細(xì)公布。(3)系統(tǒng)接口2.2.4l目錄實(shí)現(xiàn)的方法軟件共12個文件和一個文件目錄目錄名:視頻文件軟件第一次運(yùn)行步驟:⑴將所配發(fā)U盤下目錄LMPL拷貝至計(jì)算機(jī)硬盤相應(yīng)分區(qū)(如D:盤)⑵點(diǎn)開硬盤相應(yīng)分區(qū)下LMPL目錄(如D:\LMPL)⑶鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“菱鎂制品配料計(jì)算軟件.EXE”文件,鼠標(biāo)左鍵依次選取“發(fā)送到”、“桌面快捷方式”⑷關(guān)閉LMPL文件目錄,在系統(tǒng)桌面鼠標(biāo)左鍵雙擊“菱鎂制品配料計(jì)算軟件.EXE”文件,第一次運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動注冊后提示退出。日常運(yùn)行步驟:日常運(yùn)行只需要在系統(tǒng)桌面鼠標(biāo)左鍵雙擊“菱鎂制品配料計(jì)算軟件.EXE”文件,插入配發(fā)U盤即可。數(shù)據(jù)備份:數(shù)據(jù)需要備份時(shí)請把硬盤LMPL下的lmpldata.mdb文件拷貝至所配發(fā)U盤LMPL目錄下,覆蓋原文件即可。2.3氯氧鎂膠凝材料的微型產(chǎn)品體系的演示根據(jù)氯氧鎂膠凝材料微機(jī)配料軟件生成的防火板、防火門芯板、發(fā)泡墻板、通風(fēng)管道配方,成型制品檢測結(jié)果如下:2.3.1防消防裝置按照軟件輸出的配方驗(yàn)證生產(chǎn),根據(jù)JC688-2006“玻鎂平板”標(biāo)準(zhǔn)檢測性能指標(biāo)見表5。2.3.2防消防門芯板按照軟件輸出的配方驗(yàn)證生產(chǎn),防火門芯板根據(jù)JG/TXXX-XXXX“菱鎂防火門芯板”(征求意見稿)檢測性能指標(biāo)見表6:2.3.3氯氧鎂墻泡沫按照軟件輸出的配方驗(yàn)證生產(chǎn),根據(jù)JG/T169-2005“建筑隔墻用輕質(zhì)條板”檢驗(yàn)結(jié)果見表7。2.3.4風(fēng)琴道按照軟件輸出的配方驗(yàn)證生產(chǎn),根據(jù)JG/T301-2011機(jī)制玻鎂復(fù)合板與風(fēng)管標(biāo)準(zhǔn)檢測(BⅤ型)結(jié)果見表8。3.軟件的應(yīng)用及推廣(1)本文對影響氯氧鎂防火門芯板、防火板、隔墻板、通風(fēng)管道質(zhì)量的主要因素MgO活性含量、MgO/MgCl2摩爾比、改性劑進(jìn)行了研究。(2)將MgO活性含量、MgO/MgCl2摩爾比、改性劑、溫度作為為軟件的輸入,結(jié)合本院多年研究成果,編制了氯氧鎂膠凝材料微機(jī)配料系統(tǒng)軟件。(3)對此軟件進(jìn)行了驗(yàn)證,成型的制品性能指標(biāo)能達(dá)到相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,說明此軟件具有科學(xué)性和實(shí)用性。(4)此軟件的推廣應(yīng)用,將對整個菱鎂行業(yè)的技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大的提高,必將受到用戶的廣泛歡迎,為本行業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O(3相),5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O(5相),9Mg(OH)2·MgCl2·5H2O(9相)。在這四相中,3相和5相在任何溫度下都能存在,而2相和9相只有在100℃以上才是穩(wěn)定的。臨界濃度的取用與環(huán)境溫度、制作氯氧鎂制品時(shí)加的填料有一定關(guān)系,成型溫度在30℃以上、填料加的多時(shí)