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提高氯氧镁水泥耐水性的方法
作者:admin 日期:2012年07月10日 来源:本站原创 浏览:

核心提示:氯氧镁水泥对水敏感,耐水性差是它最大的缺点之一,可以说材料耐水性的优劣是其使用性能和耐久性的重要标志。所谓材料的耐水性,就是材料长期与水接触或在水的作用下,保持性能不受影响的能力。因此氯氧镁水泥耐水性问题得不到有效解决,将大大限制该材料的应用。

 

提高氯氧镁水泥耐水性的方法

王元宏

 

氯氧镁水泥具有三大突出优点:硬化快、强度高、防火性能好;亦有三大致命缺点:不耐水,易变形,腐蚀金属。

氯氧镁水泥对水敏感,耐水性差是它最大的缺点之一,可以说材料耐水性的优劣是其使用性能和耐久性的重要标志。所谓材料的耐水性,就是材料长期与水接触或在水的作用下,保持性能不受影响的能力。因此氯氧镁水泥耐水性问题得到有效解决,将大大限制该材料的应用。本文着重谈谈如何提高氯氧镁水泥的耐水性。

一、氯氧镁水泥耐水差的原因

以研究材料科学的三大理论,即原子论、晶体理论,吉布斯相律为支柱的相图以及显微结构为基础,借助于光谱分析,电子探针分析、红外吸收光谱分析、x一射线衍射分析、热重分析、差热分析和电子显微镜分析等现代分析手段,可以分析出材料的化学组成,相组成和结构。国内外学者对氯氧镁水泥的化学组成,相组成和结构做了许多有益的工作。利用许多现代手段对其进行了分析和测量。普通的氯氧镁水泥化学组成主要为MgO、MgCl2和H2O,同时还有许多杂质,像Ca、Na、K、S等元素。相组成中主要有518相,318相,水镁石相、方镁石相、水氯镁石相等。可见氯氧镁水泥是一种多相的混合物,其相组成因原料配比和工艺条件等因素影响,可能会在数目、数量以及之间的关系上有所变化。

氯氧镁水泥中,主要提供性能和强度的518相和318相其结构骨架中含有离子品格成分,并含有结晶水和OH基。组成和结构决定性能,这是化学和材料学的基本定律。由此可知,518相和318相在极性溶剂,特别是水中是不稳定的,受永久偶极的极性水分子冲击,容易溶解和水解。这就是氯氧镁水泥不耐水的受组成和结构影响的内因,也是主要原因。

氯氧镁水泥硬化体里,除含有518相318相和水镁石相外,还含有方镁石相(MgO)和水卤镁石相。镁水泥水化反应,从反应速度控制过渡到扩散控制,属于缩壳反应机理。由此造成反应的不均匀性和不彻底。就有剩余的方镁石相MgO和未反应完全的MgCl2.一旦MgCl2和MgO遇到水都会进一步发生反应,使体积增大,破坏了原来的结构,使之518相和318相更容易溶解,最后生成Mg(OH)2疏松结构,强度大幅下降,失去使用价值。当然如果配比不当,有大量的游离MgCl2存在,会出现同样结果。这也是氯氧镁水泥耐水性差的不可忽视的重要原因。何况天然水中常含有CO2等酸性物质,更加速了518相和318相的溶解。

显微结构分析,氯氧镁水泥亦属多孔材料,其中含有没有振捣密实夹带在水泥浆体中的气泡没有完全排出,固化后形成的孔隙,这些孔隙通常比较大,称为大孔,肉眼可以看得到;形成水化镁水泥颗粒之间的不规则孔隙,孔径在0.1~20μm之间,这些细孔也被称作毛细管孔隙,主要取决水灰比和养护条件;因结晶应力过大可造成微裂纹;水化产物内部的孔隙,称为凝胶孔经属纳米级(1~10nm),通过测试对氮气,氦气和水蒸汽吸收率间接反应。

凝胶孔隙体积和形状变化不大,而毛细管孔隙水灰比和水化程度对其影响重大。孔隙相互连接时,液体才能够渗透并通过多孔材料。只有毛细管孔隙率低至一定值时,才能使孔隙不连续,具有较好的密实性。因此可以知道,毛细管孔隙对镁水泥的耐久性,耐水性影响很大。由于毛细管孔隙为水的渗透侵入提供了通道,为镁水泥与水亲密广泛接触提供了条件。由此可见,镁水泥的孔结构对其耐水性亦有相当重要的影响。试想,如果镁水泥孔隙率很低,密实度很高,水很难渗透进去,也就不存在水对518相和318相侵蚀破坏作用,当然就不存在耐水性差的影响。

目前国内对氯氧镁水泥不耐水的原因主要如下几种论述:其一、硬化结构是结晶结构,存在大量热力学不稳定的结晶接触点,在潮湿环境中会发生溶解和再结晶;其二、结晶接触点溶解度高;其三、518结晶相为热力学亚稳定相,有自动转化成318结晶相的趋势。上述三种说法有值得商榷地方。第一种说法事实溶解与接触点无关、而是与518相和318相的组成和结构有关。试问如果是水镁石或者其它水硬性材料的结晶接触点,还会溶解吗?第二种说法接触点处溶解度高,不能一概而论,要看接触的面积大小,紧密程度而定。第三种说法518相向318相转化,518相和318相热力学稳定性方面属同一级别,差别不大。在条件改变时可以相互转化。

二、提高氯氧镁水泥耐水性的措施

由氯氧镁水泥中的518相和318相的组成和结构,知道晶体结构中含有离子晶格,并含有OH和结晶水,所以水中能够溶解。加上反应的不均匀性,镁水泥相中含有未反应完全的方镁石相(MgO)和MgCl2,遇水又会继续反应,体积膨胀,破坏了镁水泥的结构,加速了镁水泥在水中的溶解。镁水泥孔结构中的毛细管孔隙和细裂纹使水更容易渗透到内部,为镁水泥与水的接触提供了条件。

综上所述,镁水泥的组成和结构决定了它在水中的可溶性,孔结构提供了与水接触的条件,这就是镁水泥不耐水的主要原因所在。既然找出了镁水泥不耐水的原因,就可以对症下药,解决氯氧镁水泥耐水性问题。

只要将518相和318相保护起来,使其免受水的侵蚀,就可提高氯氧镁水泥的耐水性。通过改变镁水泥水化条件,尽量使水化反应均匀彻底,减少MgO和MgCl2的含量,亦可提高镁水泥在水中的稳定性。改善镁水泥孔结构,提高密实度,减少孔隙率,使水不容易渗透到镁水泥内部,同样是提高耐水性的重要手段。总而言之,提高氯氧镁水泥耐水性的措施为:保护相结构,改善孔结构。

保护相结构的方法归纳起来主要有四种:

其一、改变的相组成该方法是通过改变配比和工艺条件,增加镁水泥巾不溶于水的水镁石相数量,保护不耐水的518相和318相,甚至MgO相,不受水的侵蚀从而提高耐水性。

其二、复合聚合物材料该方法是将聚合物和镁水泥共混复合,形成有机和无机都为连续相的复合材料,在氯氧镁水泥结晶相的界面形成一层覆盖保护层,保护镁水泥中不耐水的结晶相免受水的冲击,提高耐水性能。

其三、添加抗水外加剂该方法是通过添加某些无机有机抗水外加剂,生成不溶性物相,包覆在518相和318相界面上,或通过改变表面能形成斥水薄膜保护518相和318相,达到提高耐水性的目的。当然有些不溶性外加剂细颗粒或形成的沉淀起到微集料作用,可以充填硬化体的孔隙,改善孔结构,提高密实度减少水的渗透,对提高耐水性亦有一定怍用。

其四、覆盖保护层这是一种古老而又行之有效的方法。在氯氧镁水泥表面上,通过涂刷防水涂料,复合一层树脂保护层,粘贴有机或金属薄片等方法与水隔离,就不会受到水的侵扰,耐水就是自然的了。该方法除保护镁水泥外,还起到装饰作用和抗风化作用,真是一举多得。

上述四种提高氯氧镁水泥耐水性的方法,下面进一步加以论述。

三、改变氯氧镁水泥相组成提高耐水性

众所周知,镁水泥主要有四种,氯氧镁水泥、硫氧镁水泥,氢氧化镁水泥、磷酸镁水泥(包括磷酸镁水泥)。前两种水泥对水敏感.耐水性能都比较差;后两种镁水泥在水中的溶解度很低,所以耐水性能十分突出。氯氧镁水泥栩组成中通常除518相和318相外,还会有水镁石相Mg(0H)2。如果降低不耐水性的518相和318相含量,提高水镁石相的含量,耐水性则可得到改善和提高。国内外均有报导,MgO—H2O体系中加入小量MgCl2,在高温下形成的水化物主要为水镁石,极小量的氯氧镁,事实上这是一种水热反应。我们知道由于水镁石溶解极低,所以以水镁石相为主的这种胶凝材料耐水性极佳。无论从主体结构上,还是从表现出的物理化学性质、力学性能上讲,上述材料不应再称为氯氧镁水泥,叫氢氧化镁水泥才更为确切。

从相图上可以看出,通过改变MgO—MgCl2-H2O三元体系之间的配比,升高MgO含量、降低MgCl2含量,尤其是在提高反应温度的情况下,便会增加氢氧化镁水合物的数量。当氢氧化镁(水镁石)数量增加到10%以上时,由于水镁石包裹518相,使氯氧镁水泥的耐水性大幅提高。这说明水镁石对518相的保护作用十分明显。

下面两个例子可以说明通过变化配比和工艺条件,改变氯氧镁水泥相组成,增加耐水的水镁石相含量,达到提高氯氧镁水泥耐水性的目的。

例1:

胶结料组成MgO:52.18  MgCl2:13.08  H2O:34.73

固化时的最高温度达180℃。X射线衍射分析确定的相组成为:方镁石:28.6%水镁石:41.36% 518:30%。此胶结材料的抗压强度达到91Mpa,该化合物经过24小时浸水,按着在30℃干燥环境中放置24小时,共5个循环,溶解率最高不超过5%。说明水镁石对518的保护效果显著。

例2:

胶结料组成MgO:52.2  MgCl2:11.5  H2O:36.3

胶结料:沙子=55:45

上述混合物浇注模制成6mm薄板.固化时间为30min,温度高达100℃x射线衍射分析得出的相组成如下:

方镁石:28%水镁石10.3%518:61.7%。

该胶结料中的相组成中518相60%以上是主要结晶相,抗折强度为18.2Mpa。室外放置两年无明显损伤和变化,具有良好的抗风化能力。也就是说当水镁石相含量大于10%时,耐水效果十分明显。

当然对硫氧镁水泥也可采用同样的方法提高其耐水性能,而且比氯氧镁水泥效果更加显著。

这种通过改变配比和工艺条件,提高氯氧镁水泥耐水性的方法。用于生产氯氧镁水泥泡花板,木丝板、木屑板等产品十分有利。

四、复配聚合物材料提高氯氧镁水泥耐水性

聚合物与氯氧镁镁水泥组成的复合材料,兼具有机和无机两种材料的特点。弥补了这两种材料的各自缺点。该复合材料既具备有机材料弹性高、延伸率大、韧性好和不吸潮耐水的特点,又具有氯氧镁水秒已硬度高,强度大和防火性能好的优点。

常用的聚合物材料有:聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、尿醛、酚醛、环氧、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯、聚丙烯脂酸、丁苯和氯丁等。上述聚合物与之配合的添加剂组成的有机料同氯氧镁水泥与之配合的填料和外加剂责成无机料,通过合理配比和工艺配制成的复合材料,可以调节二者的比例来满足使用性能要求。如果需要柔性则有机料适当多些;如果需要刚性则无机料多些。一般情况下聚合物用量不低于无机料的10%,否则聚合物材料的特点就显示不出来了。

聚合物和氯氧镁水泥组成的复合材料,具有挥发固化和反应固化双重特点。其固化机理是征聚合物乳液和氯氧镁水泥浆体混合均匀后,聚合物乳液即把无机料颗粒包裹起来。一方面一部分水份挥发,一部分水份被镁水泥水化所消耗,这样使聚合物分子脱水而粘连在一起,从而形成连续的弹性薄膜;另一方面镁水泥发生水化反应而凝结硬化,并与聚合物分子链共同组成相互穿插交联固化的网络结构。该网络结构的有机相和无机相都相连续的,有机薄膜保护无机相不受水的溶蚀而使其耐水性提高,无机相缠绕有机相而使其具有较好的防火性能。

聚合物与氯氧镁水泥复合、使氯氧镁水泥耐水性提高,其作用机理如下:其一在孔隙壁、结晶相界面上形成的完整的连续的聚合物薄膜阻挡水的透过或水分予的渗透;其二聚合物薄膜的憎水作用防止水分子透过。这里须要讨论的是,许多聚合物材料尽管形成完整连续的薄膜,但是聚合物分予与分子之间总会有些间隙、其宽度约为几个纳米,按理说是不能阻挡水分予通过的,因为水分予远小于几个纳米。然而自然界的水通常处在缔合状态,几十个水分予通过氯键作用形成较大的水分子团。这样水实际上很难通过聚合物分子间的间隙,从而有效地保护了氯氧镁水泥免受水的侵入溶蚀,提高了水中的稳定性。

聚合物和氯氧镁水泥之间的结合,对某些有活性基团的聚合物而言,主要是通过化学作用而实现相互作用的。

np-coo+Me ---(pcoo)nMe

聚合物 镁水泥 聚合物氯氧镁水泥

生成的(pcood)nMe聚合物氯氧镁水泥新体系,是一种高强度高弹性的致密复合材料。由此可知,有些聚合物与氯氧镁水泥并不是简单的包裹与被包裹的物理作用,有时还具有化学键力作用,这就使得它们之间的粘结更加牢固。

我们曾作过试验,将氯氧镁水泥重量l0%的聚合物填加到镁水泥中,制品经28天养护,煮沸8小时,减量不超过5%,可见聚合物在保护氯氧镁水泥方面的效果是如此的明显。

聚合物和氯氧镁水泥复合材料是由聚合物及相应的添加剂组成的有机料和氯氧镁水泥及相应的填料外加剂组成的无机料两大部分构成。有机料中的添加剂主要有分散剂、增塑剂、成膜助剂和消泡沫剂等。无饥料要符和氯氧镁水泥的一些基本要求。合理的配方和工艺,使聚合物形成具有粘结性和连续性的薄膜,镁水泥能够正常水化凝结硬化,从而使柔性的聚合物薄膜与镁水泥硬化体相互交插缠绕,粘结成牢固而有一定弹性的复合材料。由于聚合物薄膜覆盖孔洞壁和包裹镁水泥晶相界面,并充填镁水泥硬化体的孔隙,使镁水泥硬化体更加致密而又富有弹性,因此聚合物和氯氧镁水泥形成的复合材料,具有高强、坚韧义耐水的特点。

聚合物和氯氧镁水泥形成的复合材料的配方设计基本可按下列程序进行。根据使用要求,提出性能要求,在此基础上来确定基料。基料确定后可设计出初步配方,经试配制备出的试样进行主要性能检验。如果来通过则重新设计初步配方。如果通过,则进行综合性能检验。如果末能通过,则重新试配。如果通过,就可确定最后配方。

上述的聚合物和氯氧镁水泥复合材料,用于艺术品的制作,玻璃纤维增强材料等,可部分替代玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂和环氧树脂,这样即可满足消防上的要求又能大幅降低原料成本。此类复合材料具有巨大的发展空间。

五、添加抗水外加剂提高氯氧镁水泥耐水性

通过添加外加剂提高氯氧镁水泥耐水性,无疑是一种最重要且又行之有效的方法。抗水外加剂分有机、无机两大类。有机类抗水外加剂主要有:FC树脂、有机硅树脂、某些水性树脂和脂肪酸及其盐等。无机类有机类抗水外加剂主要有:磷酸及其盐、硫酸及其盐、盐酸及其盐、硅酸及其盐、碳酸盐、铝酸盐和水泥等。由于某些具有活性的工业废渣,应用得当同样能够提高氯氧镁水泥的耐水性,同时还能提高制品的强度和减少变形。在此一并加以论述。

1、有机抗水外加剂FC树脂有机硅树脂水性聚合物(脲醛、酚醛、环氧、丁苯、氯丁、EVA、丙烯酸及其酯树脂、PVA、天然橡胶等)脂肪酸及其盐。

2、无机抗水外加剂磷酸及其盐(磷酸钠盐、钾盐、钙盐等)硫酸及其盐(硫酸铁盐、亚铁盐、钙盐、销盐、铝钾复盐等)硅酸及其盐(Si02、钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃等)盐酸及其盐(氯化铁盐、亚铁盐等)碳酸盐(碳酸钠盐、钾盐等)铝酸盐(铝酸钠盐、钾盐等)水泥(高铝水泥、铁铝酸盐水泥)

3、活性的工业废渣硅灰、粉煤灰、煤矸石、钢渣、矿渣等混合材。

尽管抗水外加剂的效果,依外加剂种类不同而差异甚大,但同类抗水外加剂的作用机理大致相同。有机类抗水外加剂FC树脂、有机硅树脂和某些聚合物都有改变表面能的作用,都能在氯氧镁水泥孔隙壁晶体界面形成覆盖保护层。这些作用可以起到憎水,挡水效果,阻止或减弱水对氯氧镁水泥的侵蚀,从而起到了保护作用。另外这类抗水外加剂对氯氧镁水泥的孔结构也有一定改善作用。有机类抗水外加剂的作用机理、国内外学者看法基本一致,没有太大分歧。

无机抗水外加剂有一个共同的特点,在MgO-MgCl2-H2O体系中,可以生成不溶于水的沉淀物,该沉淀物能够包覆氯氧镁水泥孔隙壁晶体界面,并且能填堵氯氧镁水泥的孔隙,增加密实性。总之该类抗水外加剂能够起到保护氯氧镁水泥相结构,改善其孔结构,进而达到提高耐水性的目的。当然无机抗水外加剂覆盖保护层与镁水泥之间既有物理的,亦有物理化学的作用。

活性混合材,硅灰、粉煤灰、煤矸石、钢渣、矿渣等都含活性SiO2,具有火山灰作用,在一定条件下在MgO—MgCl2-H20体系中形成水化硅酸镁。这些活性混合材都比较细小,具有微集料效应,增大堆积密度,充填孔隙,弥补孔结构缺陷。活性混合材颗粒多呈球型,可以对镁水泥浆体起到增塑作用。这便是混合材料的第一个作用既形态效应。上述活性效应,微集料效应以及形态效应,对保护镁水泥相结构,改善孔结构是十分有益的。这也是活性混合材料除提高镁水泥耐水性外,对提高强度,改善变形也是非常有效的。虽然同类抗水外加剂机理有相同或相似的方面,但是这些外加剂组成结构毕竟不同,所以它们之间的抗水机理抗水效果存在差异这是理所当然的。

由于磷酸及其盐突出的耐水效果。在抗水外加剂中占有重要位置,下面就磷酸及其盐抗水外加剂进一步说明。

磷酸及其盐是一种有效而又常用的抗水外加剂,添加小量的这种外加剂即可显示明显的效果,国内外关于这方面的专利和论文皆有大量报导。当磷酸及其盐和其它无机抗水剂复合使用,尤其是复合抗水剂再和活性混合材料复合使用,效果更加突出。这里重点对磷酸及其盐对镁水泥的作用,耐水机理和效果进一步阐述。

1)对氯氧镁水泥的影响和作用

为了说明磷酸及其盐抗水外加剂的抗水机理和效果,首先让我们看看磷酸及其盐掺与氯氧镁水泥中会产生什么影响和作用。

结晶动力学的影响。从结晶化学上讲,磷酸及其盐掺与到氯氧镁水泥后会对结晶动力学产生重大影响。我们知道无论无机的还是有机的可溶性外加剂都会对体系的过饱和度、晶核的形成及晶体的生长产生很大影响,它取决于外加剂和结晶物质的性质,也取决于结晶条件。实验证明,氯氧镁水泥加入磷酸及其盐抗水外加剂后,严重影响了镁水泥的结晶速度,大大延缓了镁水泥凝结和硬化时问。低温时情况更加严重,甚至不能凝结和硬化。

晶体形貌的影响。磷酸及其盐对氯氧镁水泥中的518结晶相的晶形产生很大影响。未经添加磷酸及其盐抗水外加剂518结晶相的晶形多为针杆状并相互交叉成为网状结构。掺与磷酸及其盐抗水外加剂后,结晶相的晶面大小比例发生变化,从而导致晶体变形,成为薄片状或凝胶态,但是晶形的改变不会影响晶格结构,X-射线衍射分析证明了这一点。也就是说,无论518相晶形如何改变,其品格结构都是一样的。能够改变晶形的外加剂通常称作变性剂或媒晶剂。事实上,磷酸及其盐在这里同样起到了变性剂的作用,所以也可以叫磷酸及其盐为变性剂。

同镁水泥的化学反应。磷酸及其盐在MgO-MgCl2-H2O元体系中,会发生什么化学反应,会有什么产物生成一对于研究抗水机理是很有帮助的。磷酸及其盐添加到MgO-MgCl2-H2O体系中,体系会呈碱性并有大量Mg++存在,无沦从化学热学上还是从化学动力学讲都会发生酸碱中和反应或沉淀反应。可能生成下列三种产物:MgHP043H2O、Mg3(PO4)28H2O和Mg3(P04)22H20。由于MgHP043H2O需要在酸性条件才能形成,以这样产物存在的可能性不大。然而该体系存在生成Mg3(P04)28H2O和Mg3(PO4)sub>222H2O两种产物的条件。这两种产物在水中的溶解度都非常低,可以认为是不溶的。另外,磷酸及其盐在水中能够解离成各级磷酸根阴离子。磷酸根阴离子中有一个氧原子与磷原子成双键结合,而该双键会与相邻的O-P单键产生共振,这使得它们会与镁水泥浆体中Mg++离子发生配位。

2)磷酸及其盐抗水外加剂抗水机理

目前国内外对磷酸及其盐抗水外加剂提高氯氧镁水泥耐水性的机理主要有如下四种解释:

其一、生成不溶性的磷酸镁沉淀,保护518结晶相,使之免受或减小水对它们的侵蚀,从而达到提高耐水性的目的。

其二、改变518结晶相的形貌通常镁水泥中的518结晶相品形为针杆状相互交叉成为网状结构而具有强度,许存在大最结晶接触点。由于结晶接触点热力学不稳定,溶解度增高,所以耐水性能差。添加磷酸及其盐能够改变氯氧镁水泥中518结晶相晶形由针杆状变为凝胶态;减少了热力学不稳定的结晶接触点,耐水性能自然就改落了。

其三、降低氯氧镁水泥水化产物形成和稳定存在所需的最低Mg++离子浓度添加磷酸及其盐后,离解出的磷酸根阴离子与Mg2离子配位,降低了水化产物形成和稳定存在所需的最低Mg++离子浓度,从而提高了水化产物在水中的隐定性。

其四、改善氯氯镁水泥孔结构添加磷酸及其盐,可以使氯氧镁水泥的毛细管数量减少,孔径缩小,改善了孔结构,低了孔隙率,提高了镁水泥致密度,阻挡或缓解了水对镁水泥的侵蚀,从而增加了镁水泥的耐水性。

作者认为,磷酸及其盐提高了氯氧镁水泥的耐水性,其主要原因因为磷酸及其盐在MgO—MgCl2-H20体系中,能够发生酸碱中和反应或沉淀反应,生成不溶性的磷酸镁Mg 3(P04) 28H 20和/或Mg3(P04) 222H20,在镁水泥孔隙壁和结晶棚界面上形成防水覆盖保护层。该保护层的磷酸镁与5 l 8相界面的结构,除物理的覆盖作用外,还可能存在磷酸根阴离子与Mg++离子配位,具有化学作用,因此结合得比较牢园。这层不溶性磷酸镁覆盖保护物,使水溶性大的5l8相免受或减轻水对它的侵蚀,镁水泥的耐水性得到提高就容易理解了。这就是通常所说的保护相结构,提高耐水性。

有人认为不容性磷酸镁这种保护作用可能不存在,理由是X一射线衍射分析未发现磷酸镁新的结晶相;再者1%的量不足以起到保护作用。从分子层面上讲,1%的量亦不算太少。君不见表面活性剂只有百分之几甚至千分之几就会形成薄膜;有机硅0.5%甚至更低都会形成较完整的斥水薄膜。作者认为既然磷酸及其盐已经加到氯氧镁体系之中,物质不灭定律告诉我们,它一定还以某种形式存在。在MgO—Mgcl2-H20碱性三元体系中,一定会生成不溶性磷酸镁,没有检出它的存在,可能是分析方法问题。为了证明不溶性磷酸镁可以提高镁水泥的耐水性,直接将不溶性磷酸镁添加到镁水泥中。添加MgO量的8%制备的镁水泥,在2L/min流动水中浸泡2个月、重量损伤只有5%。这一实验结果证明了不溶性磷酸镁能够提高镁水泥的耐水性,而且效果十分显著。

添加磷酸及其盐可以减少毛细管数量,缩小毛细管孔径,改善孔结构,使氯氧镁水泥硬化体变得更加密实,降低了孔隙率,也是提高镁水泥的耐水性的重要原因。这一点就是我们所说的改善孔结构,提高耐水性。

改变氯氧镁水泥5l8结晶相的晶体形貌,将5l8相针杆状变为凝胶态。针杆状5 l 8结晶相在相互交叉,存在许多结晶接触点。这些接触点热力学不稳定,溶解度会增高,所以氯氧镁水泥不能在水中稳定存在。而凝胶态则结晶接触点大为减少,增加了热力学稳定性,镁水泥的耐水性自然就提高了。这种解释磷酸及其盐等抗水外加剂耐水机理,有一定的道理,而且也多了一种思考问题的方法。但是这里需要强调的是,结晶接触点不能一概而论地都是热力学小稳定,都会增高溶解度。这一结论是针对那些接触点面积极小,接触不够紧密的情况才是正确的。对那些接触点面积大,接触程度高或晶体共生的其热力学也是稳定的,溶解度也不会增大。需要指出的是,从热力学上讲,凝胶态相对晶体而言也是不稳定的。一是凝胶态本身就会自发向结晶态转变。二是这里所指的凝胶态是由晶体发育不好,结晶程度差更为细小的晶体组成,那末这些更为细小的晶体表面积会更大,溶解度会更高,溶解速度会更快。从这个意义上讲,凝胶态的氯氧镁水泥对提高其耐水性并不是有利的晶体形貌。采用晶体形貌解释镁水泥的耐水性,还有两种情况难以理解。第一种情况都是针杆状相互交叉的晶体结构,有的耐水性艰好,如中科院北京地质研究所张振禹等人采用GPC耐水添加剂,并没有改变5l8相针杆状晶性,但取得了较好的耐水效果。

同样粉煤灰亦有类似情况。另一种情况则相反,都是凝胶态5 l 8相,耐水性确有很大差异。像半焙烧白云石制得的MgO,采用该MgO制备的氯氧镁水泥同样是凝胶态,同样减少了结晶接触点,但不能和添加磷酸及其盐抗水外加剂形成的胶凝态的耐水性相提并论。由此可见,利用晶体形貌来解释磷酸及其盐抗水外加剂的抗水机理还是需要进一步探讨的。从5l8相整体而言,溶解度是它固有的特性,只与温度有关。一般情况同结晶形貌没有太大的关系。如果说有关系的话,那也只是溶解速度不同而已。

3)磷酸及其盐抗水外加剂的效果国内外的研究证明,添加磷酸及其盐对提高氯氧镁水泥耐水性确实有效。效果与添加量和添加方法都有关系。由于原料、配比、工艺以及实验条件等的不同,得出的耐水效果亦有不同,当然这也是正常的。一般认为,常规添加方法磷酸的添加量以MgOl%~2%效果最好,软化系数匀为0.8以上。从上述添加磷酸及其盐对氯氧镁水泥结晶动力学上影响可知,在一定范围内,磷酸及其盐添加量越多,镁水泥凝结硬化速度越慢。这便是添加磷酸及其盐抗水外加剂提高了耐水性的同时,带来的严重负面影响,限制了磷酸强其盐作为抗水外加剂的使用。为此有的生产厂家采取冬天加热增温,或添加促凝剂。这些措施都存在一定问题,对企业而言也是无奈之举。近来有人研究出添加MgO量的5%的磷酸,如此高的磷酸用量,非但对氯氧镁水泥凝结硬化不产生负面影响,而且耐水效果亦十分理想。这一成果较好的解决了提高耐水性而又不影响凝结硬化这对难以克服的矛盾。文献资料导报,磷酸对提高氯氧镁水泥耐水性不仅与添加量有关,还与添加方法有关。添加方法有三种,前掺、同时掺、后掺。当然根据需要三种方法亦可配合使用。至于采用哪种添加方法,要根据产品性能要求,工艺条件要求而定。不是那种方法更好,而另外的方法就不好那样简单的问题。有人对不同的可溶性磷酸盐提高氯氧镁水泥耐水性进行了研究。结果表明,对于可溶性磷酸盐而言,只要添加量摩尔数与磷酸相同,其耐水效果大体相当。也就是说,抗水效果只与磷酸根阴离子有关,而与阳离子关系不大。也有人对不溶性磷酸盐的耐水效果进行了研究,像MgHPO43H20、Mg3(PO4)28H20、Mg3(P04)222H20等。采用不溶性磷酸镁同样会得到不错的耐水效果。还有人对不同聚合度的磷酸盐的耐水效果进行了研究,平均聚合度从1~100以上。一般讲平均聚合度20以上为可溶的,20以上水溶性较差,50以上则为不溶的。

中药治病配伍讲究君臣佐使,该原则同样适合抗水外加剂。单一抗水外加剂效果总是有某些不足,通过复配,可以取长补短,相互协同,会取得更加令人满意的效果。磷酸及其盐与硫酸盐等复合,再与硅灰和粉煤灰复配,其耐水效果和其它作用大大高于单一外加剂,具有明显地协同效应。

六、覆盖保护层提高氯氧镁水泥耐水性

在氯氧镁水泥表面涂刷一层防水涂料,或复合一层玻纤增强树脂、或粘贴一层金属薄片或聚合物薄片,使之与水隔离.达到提高耐水性的目的。这是一种占老而又行之有效的方法。很早人们就知道,不耐水的泥墙表面涂抹一层石灰免受雨水直接侵蚀而得到保护,延长了泥墙使用寿命。采用覆盖保护层的方法,除能够提高氯氧镁水泥耐水性能外,还兼有装饰效果,抗风化作用,一举多得。

1)涂刷防水涂料

所谓防水涂料是指形成的涂膜能阻止水渗漏到基体的一种涂料,从而起到保护基体免受水的侵蚀。对于氯氧镁水泥而言,由于防水涂膜的保护,防止了水的入侵,提高了耐水性。防水涂料根据液态的类型可分为:溶剂型、水乳型和反应型三类。按防水涂料组份可分为:单组份和双组份两种。按防水涂料的主要膜物质可分为:合成树脂类、合成橡胶类、沥青类和改性沥青类等。众多的防水涂料中,常用于氯氧镁水泥的有聚丙烯酸酯类、聚氯舀旨类、环氧树脂类、有机硅类和氟碳类等。

聚丙烯酸酯类聚合物,具有优异的光稳定性和耐候性,以及良好的耐水、耐碱耐化学品、耐热和耐寒等性能。以丙烯酸酯为主要成膜剂生产的防水涂料,其综合性能好、性价比高,成为人们首选的一种防水涂料。该涂料用于氯氧镁水泥制作的瓦片上,在上海平改坡工程上得到了广泛应用,10多年室外使用证明丙烯酸酯防水涂料保护氯氧镁水泥效果十分突出的。

我们将聚氯酯防水涂料涂刷在氯氧镁水泥制作的电缆槽盒上。在沿江沿海的码头上使用多年,镁水泥硬度如初,表面仍有光泽,说明聚氦酯防水涂料保护氯氧镁水泥免受雨水冲刷、免受盐雾侵蚀、免受大气的风化作用起到了积极作用。

含氟聚合物是由氟原子与碳原和(或)氧原子、氮原子等组成的合成高分子材料,有时也称氟碳材料。氟碳聚合物具有较低自由能、优良的耐候性、耐化学腐蚀性、抗氧化性以及良好的机械性能。由它生产的防水涂料已经成为室外使用今后发展的重点。随着科技水平的进步,氟碳材料价格的降低,氟碳防水涂料也一定会,氯氧镁水泥上得到广泛应用。

防水涂料多采用喷涂、滚涂和手涂等方法进行涂装。涂刷防水涂料具有提高耐水性和装饰双重作用。

2)复合一层聚合物或金属材料

市场上常见的氯氧镁防火装饰板,除具有装饰美化效果外,该装饰层还具有很好的隔水防潮作用。氯氧镁防火装饰板制作过程为:首先在已生产好的氯氧镁防火板均匀地涂刷一层粘纸胶,一般为聚酸醋乙乳液。然将装饰纸贴上去,要平整无气泡,之后烘干。再在装饰纸上涂一层不饱和聚酯树脂,加盖聚酯薄膜,赶尽泡,树脂固化后除掉薄膜,整理后即为氯氧镁防火装饰板。

将FRP和FRIM复合是另外一种重要的保护装饰提高氯氧镁水泥性能的好方法,二者之间的复合即可采干法又可采用湿法。所谓干法复合是指首先使FRP或FRIM材料固化成犁,然后再复合另外一种材料。该方法最大缺点是二者之间的粘结力比较弱,容易脱开。湿法复合是指材料尚未固化时,随即复合另外一种材料。这里的技术关键是要保证FRP能够正常固化。解决方法是采用界面剂,或者采用湿态下固化不受影响的树脂。目前这些技术都已得到较好解决。复合好的材料,FRP能够隔离水不与氯氧镁水泥接触,起到提高抗水的作用。我们采用这种复合方法制作生产的防排烟管道和防火电缆槽盒室外使用20多年,仍然保持较高的强度和硬度,说明这也是一种保护氯氧镁水泥,提高其抗水性能行之有效的方法。

在氯氧镁水泥板面上粘贴一层PVC薄片、铝箔或涂塑彩钢板同样能够保护镁水泥,提高耐水性。有的生产企业将氯氧镁水泥制作的蜂窝结构外贴涂塑彩钢板制作的板材,属于全无机不然材料,有较高的耐水性能,受到消防部门重视。

上述四种提高氯氧镁水泥耐水性的基本方法,可以单独使用亦可联合使用当然联合使用两种以上方法抗水性能会更佳是不言而喻的。

至于采用那种方法,应根据牛产条件、产品性能加以选用。通过改变配比工艺而改变氯氧镁水泥相组成用于生产氯氧镁水泥木丝板和木屑板等产品更为有利。对于那些性能要求高,制作复杂的工艺品,采用复配聚合物材料应该是首先考滤的方法。对于大多数氯氧镁水泥产品而言,采用添加抗水外加剂方法,工艺简单,成本低廉。对于有装饰性要求,抗风化要求的产品,采用最后一种方法则比较合理。

尽管人们在研究如何提高氯氧镁水泥耐水性方面取得了较好的效果,甚至研制出水硬性氯氧镁水泥。但作者认为,将氯氧镁水泥用于承重构件和水工方面仍须慎重。因为大多数耐水试验是在静态下,而非荷载下进行的。有荷载的耐水性耐腐蚀性与静态下是不同的,而这方面的数据资料恰恰甚为缺乏。

 
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