一种改性镁水泥及其制备方法

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1.本发明涉及新型建筑材料领域，具体是一种改性镁水泥及其制备方法。

背景技术：

2.在建筑领域，水泥基材料的体积稳定性是影响其安全、长久使用和保持外观的完整性的重要因素，过大体积变化带来的应力将导致薄弱部位出现裂纹，不仅影响力学性能，也将给环境中的介质入侵提供通道，加速结构破坏。减缩剂作为一种表面活性剂，会吸附在水泥孔隙溶液中的水－空气界面上，降低界面处的表面张力，减小孔隙中水分消耗产生的毛细孔张力，从而减小产生的收缩应力。此外减缩剂还可以减缓水泥的水化速率，减小水化放热，降低水泥早期开裂的风险。
3.水化硅酸镁水泥作为一种新型的镁质胶凝材料，具有轻质、碱度低等优点，在固封核废料和重金属方面具有较大潜力。水化硅酸镁水泥由氧化镁和硅灰加水拌和而成，存在制备过程中需水量大、固化成型后收缩变形大，容易开裂的缺点，这限制了其在实际工程中的应用。
4.因此，针对上述问题提出一种改性镁水泥及其制备方法。

技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种改性镁水泥，所述改性镁水泥主要由氧化镁、硅灰、骨料、六偏磷酸钠和减缩剂制得，由上述原材料制得的改性镁水泥，具有低收缩、高抗裂性的优点，能够有效降低水化硅酸镁水泥固化后开裂的风险。
6.本发明的第二目的在于提供一种改性镁水泥的制备方法，该制备方法具有制备工艺简单、便于操作以及不需要特殊加工等优点。
7.为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：
8.本发明提供的一种改性镁水泥，按质量份数计，包括：氧化镁30～50份，硅灰40～70份，骨料100～120份，六偏磷酸钠2～4份，减缩剂1～4份，水50～60份。
9.进一步的，按质量份数计，所述改性镁水泥包括：氧化镁30～40份，硅灰40～60份，骨料100～110份，六偏磷酸钠2～3份，减缩剂2～3份，水50～55份；
10.优选地，按质量份数计，所述改性镁水泥包括：氧化镁40份，硅灰60份，骨料100份，六偏磷酸钠2份，减缩剂3份，水55份。
11.进一步的，所述氧化镁包括轻烧氧化镁或重烧氧化镁中的任意一种；
12.优选地，所述氧化镁为轻烧氧化镁；
13.更优选的，所述氧化镁为活性含量84～88％，中值粒径3.27μm的轻烧氧化镁。
14.进一步的，所述硅灰包括900u型、920u型或940u型中的任意一种；
15.优选地，所述硅灰为940u型微硅粉；
16.更优选地，所述硅灰为中值粒径234nm的940u型微硅粉。
17.进一步的，所述骨料包括河砂、石灰石砂或石英砂中的任意一种；
18.优选地，所述骨料为石英砂；
19.更优选地，所述骨料为中值粒径117.63μm的石英砂。
20.进一步的，所述减缩剂包括聚醚类减缩剂或醇类减缩剂中的任意一种；
21.优选地，所述减缩剂为聚醚类减缩剂；
22.更优选地，所述减缩剂为主要成分为聚丙二醇甲醚、ph为9～11的聚醚类减缩剂。
23.本发明提供了一种上述改性镁水泥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
24.(a)、将氧化镁和硅灰混合，得到混合料a；
25.(b)、将六偏磷酸钠溶解于水中，得到溶液a；
26.(c)、将减缩剂与溶液a按比例混合均匀，得到溶液b；
27.(d)、将步骤(a)得到的混合料a与步骤(c)得到的溶液b混合后加入骨料，混合均匀，得到改性镁水泥；
28.所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
30.本发明提供的改性镁水泥，该改性镁水泥主要由氧化镁、硅灰、骨料、六偏磷酸钠和减缩剂按特定比例组成。本发明利用减缩剂降低了水泥中孔溶液的表面张力，减小了水化过程中水分消耗引起的毛细孔应力，并降低了水泥的水化速率，显著减缓了收缩变形的发展；利用六偏磷酸钠降低了本发明提供的镁水泥制备所需的水灰比；利用石英砂为镁水泥浆体提供骨架，降低了其收缩开裂的风险，从而实现了改性镁水泥的制备。
31.本发明提供的改性镁水泥的制备方法，上述制备方法将各原材料混合均匀，得到改性镁水泥。该制备方法具有操作简单、制备方便快捷，不需要进行特殊加工等优点。
具体实施方式
32.下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.根据本发明的一个方面，一种改性镁水泥，按质量份数计，所述改性镁水泥包括以下组分：氧化镁30～50份，硅灰40～70份，骨料100～120份，六偏磷酸钠2～4份，减缩剂1～4份，水50～60份。
34.优选地，所述减缩剂为聚醚类减缩剂。
35.本发明所述改性镁水泥中所用各原材料的作用在于：
36.氧化镁：提供镁质原材料，提供反应所需的碱性环境。
37.硅灰：提供硅质原材料，与氧化镁反应生成水化硅酸镁凝胶。
38.骨料：为水化硅酸镁凝胶提供骨架，减小水化硅酸镁凝胶的干燥收缩。
39.六偏磷酸钠：作为水化硅酸镁水泥的分散剂，减少水化硅酸镁水泥的拌和用水量，提高流动性，同时可以调节溶液中的mg
2+
浓度。
40.减缩剂：本发明所采用的聚醚类减缩剂是一种表面活性剂，外观为淡黄液体，密度为1.00
±
0.02g/ml，ph值在9～11之间，与水化硅酸镁水泥体系的ph值较为接近。本技术将减缩剂应用于水化硅酸镁水泥体系中，可以减小水化硅酸镁水泥孔溶液的表面张力，粗
化孔隙结构，减小由于水分消耗而引起的毛细管张力，降低其对水分损失的敏感性，从而减小产生的收缩应力。此外，减缩剂的加入还会减缓水化硅酸镁水泥的水化速率，降低水化热，从而降低早期开裂的风险。
41.本发明提供的改性镁水泥，该改性镁水泥主要由氧化镁、硅灰、骨料、六偏磷酸钠和减缩剂按特定比例组成。本发明利用减缩剂降低了镁水泥中孔溶液的表面张力，减小了水化过程中水分消耗引起的毛细孔应力，并降低了水泥的水化速率，显著减缓了收缩变形的发展；利用六偏磷酸钠降低了本发明提供的镁水泥制备所需的水灰比；利用石英砂为镁水泥浆体提供了骨架，降低了其收缩开裂的风险，从而实现改性镁水泥的制备。
42.在本发明的一种优选实施方案中，按质量份数计，所述改性镁水泥包括：氧化镁30～40份，硅灰40～60份，骨料100～110份，六偏磷酸钠2～3份，减缩剂2～3份，水50～55份；
43.优选地，按质量份数计，所述改性镁水泥包括：氧化镁40份，硅灰60份，骨料100份，六偏磷酸钠2份，减缩剂3份，水55份。
44.本发明中，通过对各组分用量比例的进一步调整和优化，进一步优化了上述改性镁水泥的技术效果。
45.在本发明的一种优选实施方案中，所述氧化镁包括轻烧氧化镁或重烧氧化镁中的任意一种，优选为轻烧氧化镁；
46.优选地，所述氧化镁为活性含量84～88％，中值粒径3.27μm的轻烧氧化镁。上述轻烧氧化镁活性较高，早期水化较快，有利于水化硅酸镁凝胶的生成和强度的提升。
47.在本发明的一种优选实施方案中，所述硅灰包括900u型、920u型或940u型中的任意一种，优选为940u型微硅粉；
48.优选地，所述硅灰为中值粒径234nm的940u型微硅粉。上述940u型微硅粉活性较高，有利于水化硅酸镁凝胶的生成。
49.在本发明的一种优选实施方案中，所述骨料包括河砂、石灰石砂或石英砂中的任意一种，优选为石英砂；
50.优选地，所述骨料为中值粒径117.63μm的石英砂。上述石英砂杂质较少，形状多为不规则棱角状，能够在水化硅酸镁凝胶中充当骨架，提高水化硅酸镁水泥的强度，并限制其收缩的发展。
51.在本发明的一种优选实施方案中，所述减缩剂包括聚醚类减缩剂或醇类减缩剂中的任意一种，优选为聚醚类减缩剂；
52.优选地，所述减缩剂为主要成分为聚丙二醇甲醚、ph为9～11的聚醚类减缩剂。上述聚醚类减缩剂能够有效降低孔溶液的表面张力，降低水分消耗产生的毛细管应力，从而减小水化硅酸镁水泥的收缩应力。
53.根据本发明的一个方面，一种上述改性镁水泥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
54.(a)、将氧化镁和硅灰混合，得到混合料a；
55.(b)、将六偏磷酸钠溶解于水中，得到溶液a；
56.(c)、将减缩剂与溶液a按比例混合均匀，得到溶液b；
57.(d)、将步骤(a)得到的混合料a与步骤(c)得到的溶液b混合后加入骨料，混合均匀，得到改性镁水泥；
58.所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
59.本发明提供的改性镁水泥的制备方法，具有操作简单、制备方便快捷，不需要进行特殊加工等优点。
60.下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
61.实施例1～3
62.一种改性镁水泥，按质量份数计，所述改性镁水泥组分如下表所示：
[0063][0064]
其中，所述氧化镁为活性含量84～88％，中值粒径3.27μm的轻烧氧化镁；所述硅灰为中值粒径234nm的940u型微硅粉；所述骨料为中值粒径117.63μm的石英砂；所述减缩剂为主要成分为聚丙二醇甲醚、ph为9～11的聚醚类减缩剂。
[0065]
上述改性镁水泥的制备方法，包括以下步骤：
[0066]
(a)、将氧化镁和硅灰混合，得到混合料a；
[0067]
(b)、将六偏磷酸钠溶解于水中，得到溶液a；
[0068]
(c)、将减缩剂与溶液a按比例混合均匀，得到溶液b；
[0069]
(d)、将步骤(a)得到的混合料a与步骤(c)得到的溶液b混合后加入骨料，混合均匀，得到改性镁水泥。
[0070]
对比例1
[0071]
与实施例的制备方法相同，不同之处在于本对比例原料中不含有减缩剂，其余同实施例3。
[0072]
对比例2
[0073]
与实施例的制备方法相同，不同之处在于本对比例原料中的聚醚类减缩剂替换为醇类减缩剂，其余同实施例3。
[0074]
为了验证本发明制备的改性镁水泥的各项性能，对本发明得到的改性镁水泥进行性能测试。
[0075]
(1)干缩试验
[0076]
干燥收缩根据建材行业标准jc/t603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》进行测试，试
件尺寸为25
×
25
×
280mm。标准养护48h后脱模，然后在水中养护24h后取出，用湿布擦掉表面的水分和铜测头上的杂质，用比长仪(精度：0.01)测定初始读数。之后将试件放入温度为(20
±
3)℃，相对湿度为(50
±
4)％的干缩养护箱中养护，在指定龄期取出试件测量长度并计算干缩率。
[0077]
(2)力学性能试验
[0078]
抗压强度和抗折强度根据国家标准gb/t17671—1999《水泥胶砂强度检测方法(iso法)》进行测试，使用微机控制压力试验机(why-300/10)，在2400n/s的加载速率下，对样品进行抗压试验，试件尺寸为40
×
40
×
40mm；在100mm跨度和50n/s的加载速率下，对样品进行三点弯曲测试，试件尺寸为160
×
40
×
40mm。
[0079]
具体检测结果如下：
[0080][0081]
由上表可知，本发明实施例1～3制得的改性镁水泥具有较低的干燥收缩，28d干缩率与对比例1相比下降了24.7％，远远优于对比例1中的镁水泥，尽管抗折和抗压强度有所下降，但是仍可以满足建筑材料应用的要求。通过实施例3与对比例2的对比可知，聚醚类减缩剂的减缩效果优于醇类减缩剂。本发明利用聚醚类减缩剂降低了镁水泥材料的干燥收缩，通过加入六偏磷酸钠降低了拌和所需的用水量，从而减少了多余水分引起的收缩，并利用石英砂为镁水泥浆体提供了骨架，限制了干燥收缩的发展，降低了开裂的风险。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要
求保护的本发明范围内。

技术特征：

1.一种改性镁水泥，其特征在于，按质量份数计，包括：氧化镁30-50份，硅灰40-70份，骨料100-120份，六偏磷酸钠2-4份，减缩剂1-4份，水50-60份。2.根据权利要求1所述的改性镁水泥，其特征在于，按质量份数计，包括：氧化镁30-40份，硅灰40-60份，骨料100-110份，六偏磷酸钠2-3份，减缩剂2-3份，水50-55份；优选地，按质量份数计，所述改性镁水泥，包括：氧化镁40份，硅灰60份，骨料100份，六偏磷酸钠2份，减缩剂3份，水55份。3.根据权利要求1-2任一项所述的改性镁水泥，其特征在于，所述氧化镁包括轻烧氧化镁或重烧氧化镁中的任意一种；优选地，所述氧化镁为轻烧氧化镁；更优选地，所述氧化镁为活性含量84-88％，中值粒径3.27μm的轻烧氧化镁。4.根据权利要求1-2任一项所述的改性镁水泥，其特征在于，所述硅灰包括900u型、920u型或940u型中的任意一种；优选地，所述硅灰为940u型微硅粉；更优选地，所述硅灰为中值粒径234nm的940u型微硅粉。5.根据权利要求1-2任一项所述的改性镁水泥，其特征在于，所述骨料包括河砂、石灰石砂或石英砂中的任意一种；优选地，所述骨料为石英砂；更优选地，所述骨料为中值粒径117.63μm的石英砂。6.根据权利要求1-2任一项所述的改性镁水泥，其特征在于，所述减缩剂包括聚醚类减缩剂或醇类减缩剂中的任意一种；优选地，所述减缩剂为聚醚类减缩剂；更优选地，所述减缩剂为主要成分为聚丙二醇甲醚、ph为9-11的聚醚类减缩剂。7.一种根据权利要求1-6任一项所述改性镁水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)、将氧化镁和硅灰混合，得到混合料a；(b)、将六偏磷酸钠溶解于水中，得到溶液a；(c)、将减缩剂与溶液a按比例混合均匀，得到溶液b；(d)、将步骤(a)得到的混合料a与步骤(c)得到的溶液b混合后加入骨料，混合均匀，得到改性镁水泥；所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。

技术总结

本发明提供了一种改性镁水泥及其制备方法，涉及新型建筑材料领域。所述改性镁水泥材料，以质量份数计包括：氧化镁30～50份，硅灰40～70份，骨料90～120份，六偏磷酸钠2～4份，减缩剂1～4份，水50～60份。本发明的配方中加入减缩剂，能够降低镁水泥中孔溶液的表面张力，显著降低收缩变形，防止镁水泥发生开裂；加入六偏磷酸钠能够降低了镁水泥制备所需的水灰比；加入石英砂能够在镁水泥浆体中形成骨架，防止产生收缩开裂。本发明配方所得到的镁水泥收缩变形小，不容易开裂。不容易开裂。