高性能氯氧镁复合材料研究
氯氧镁凝胶／聚丙烯酸酯复合材料弯曲性能的研究
这是 以氯氧 镁凝 胶／ 丙 烯 酸酯 为 共 混 基体 ，以砂 聚
料 为增强 填料 的复 合材料 。 将六 水氯 化 镁用 水 溶 解 ，配 制 成 氯化 镁 溶 液 ； 根 据实 验设 计 的 目的 ，按 配 方 加 入 一 定 量 的 氧化 镁 、聚 丙烯 酸 酯 乳 液 、水 和 砂料 ，充 分 搅 拌 几 分 钟 。然后 ，将 物料倒 人模 具 中 ，静 置数 小时 ，待试 样 基本 干透之后 开模 。试 样置 于空气 中养护一 段 时 间 ，即可 用 于测试 力学性 能 。本工作 以氯氧镁 凝胶 ／ 增强 复合材 料 （ ＣＣ ｍ ｏｉｓ 砂 ＭＯ ｏ ｐｓｅ，简 称 ＭＯ ｔ Ｃ复 合 材料 ）做 为 空 白对 照 试 样 。 这是 以氯 氧 镁凝 胶
材料 与 聚丙 烯 酸 酯 （ 称 Ｐ Ｒ） 这 种 有 机 高分 子 简 Ａ 聚合物进 行共 混 复 合 ，可 以形 成 一 种 新颖 的无
｝ 收 稿 日期 ：２０ ０ ０ ０ ６— ｌ一 ８
基 金 项 目 ：国 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ７ ００ ；中 山大 学 理 科 科 研 资 助 项 目 （ １ ０ ８— １０ ４ ； 中 山 大 学 ５０ ３３ ） ０ — ５ ７ １９ ） “ 新 化 学 实 验研 究基 金 ” 资助 项 目 创
理 、色调 、质感 的制品，同时 ，具有较好的抗弯曲 性 能 ，可 以代替 石料 。 因而 ，在 环境艺 术装饰 中具
有很 好 的发 展前 景 ¨ …。 然而 ，通 常的氯 氧镁水 泥经 常会 出现 “ 出汗 ”
本工作的主要研究对象是氯氧镁凝胶／ 聚丙烯 酸酯复 合 材 料 （ Ｃ Ｐ Ｒ Ｃ ｍｐｓｅ，简 称 氯 氧 ＭＯ ／ Ａ ｏ ｏｉｓ ｔ
莫来石纤维_氯氧镁复合材料的制备及增强机理分析_陈志彦
文章编号：１００１－９７３１（２０１５）增刊（Ⅱ）－１４７－０３莫来石纤维／氯氧镁复合材料的制备及增强机理分析＊陈志彦１，２，钟保民２，李文芳３（１．中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙４１０００４；２．佛山东鹏陶瓷股份有限公司，广东佛山５２８０００；３．华南理工大学材料学院，广州５１０６４０）摘 要： 研究了氯氧镁材料的制备工艺。
采用长度分别约为２５０，１５０和７５μｍ的莫来石纤维增强氯氧镁材料，实验结果表明添加２０．０％（质量分数）１５０μｍ的莫来石纤维增强效果最好，抗折强度可以达到４１．８ＭＰａ，提高１９２．３％。
ＸＲＤ和ＳＥＭ分析表明氯氧镁复合材料晶相主要有棒状５Ｍｇ（ＯＨ）２·ＭｇＣｌ２·８Ｈ２Ｏ、３Ａｌ２Ｏ３·２ＳｉＯ２、ＭｇＯ和ＭｇＣＯ３等。
分析了莫来石纤维的增强机理。
关键词： 氯氧镁材料；莫来石纤维；抗折强度；增强机理中图分类号： ＴＱ１７７．５文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１５．增刊（Ⅱ）．０２８１ 引 言氯氧镁材料又称镁质气凝胶材料、菱镁水泥、镁水泥和索瑞尔水泥等，是由法国人索瑞尔（Ｓｏｒｅｌ）于１８６７年发明的［１］。
它是以磨细的苛性苦土（ＭｇＯ）或苛性白云石（ＭｇＯ和ＭｇＣＯ３）为主要组份的一种气硬性胶凝材料，常用调和剂为氯化镁或硫酸镁等可溶性镁盐。
当用ＭｇＣｌ２调和制备的材料称为氯氧镁材料（ｍａｇｎｅ－ｓｉｕｍ ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＭＯＣ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）［２］。
氯氧镁材料具有一系列优异的物理力学性能和其它工程性质，如优良的抗折、抗压、耐磨、隔音、隔热、防火及耐低温性能；浆料常温下就能固化成材，无需高温烧结和湿气养护，节约大量能源；同时可消耗大量工业生产的固体废弃物且产品不含毒害物。
因此，氯氧镁材料在建筑、交通、机械、市政、包装、园林、装饰及工艺品等领域获得广泛应用。
脲醛树脂复合外加剂改性氯氧镁水泥的研究
第. 8卷
第 %期
黄可知 < 脲醛树脂复合外加剂改性氯氧镁水泥的研究
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硬化体浸入水中时 ! 氯离子很快溶于水中 ! 使原来的 " 结晶结构网遭到破坏 ! 被 () * # $% $& ’ " # $% $& ’ + ,. 所 代替 ! 留下了许多大毛细孔 ! 毛细孔的相互联通 ! 增加了入水通道 ! 加速了 " 的分 解 / 如此循 环往 # $% $& ’ 最终的氯氧镁水泥硬化体实际上是一个存在大量毛细孔的 () 六方片状的 () 的 复! * * + ,+ ,. 结晶结构 / . 强度远低于针杆状的 " 而且水泥硬化体的孔隙率越高 ! 孔径越大 ! 其抗水性越差 / 所以氯氧镁水泥 # $% $& ’ ! 脲醛树脂复合外加剂含有多种有效改性成分 ! 可以从各个方面改善水泥硬 硬化体在水中的强度大幅度下降 / 化体的性能 ! 获得了很好的综合效果 / 复 合外加剂中的脲醛树脂 ! 使" 结晶相周围产生高聚物或疏水的保护 层 ! 减 少了氯 离子 与水的 # $% $& ’ 接触 ! 从而提高了络合物结构的相对稳定性 0 同时填补了水泥硬化体的内部孔隙 ! 提高了抗水性 / 无 机盐 及粉煤 灰中的活 性氧 化物 ! 在 () 发 生 化 学 反 应! 生 成 水 硬 性 的 偏 硅 酸 镁3 磷 1 2 . 水溶 液 作 用 下 ! 酸镁及其复盐 ! 提高了水泥硬化体的强度 / 电镜观察表明 ! 在针杆状的 " 结晶结构网中 ! 均匀地填充 # $% $& ’
上! 形成疏水性的硅氧烷薄膜 ! 阻碍了 " 与水的接触 ! 使水泥硬化体的耐水性和吸湿性得到进一步的 # $% $& ’ 改善 /
氯氧镁
氯氧镁水泥Z09016139 翟景林摘要氯氧镁材料是由轻烧粉( 氧化镁)、卤粉( 氯化镁)、水、填充材料及外加剂等形成的一种气硬性胶凝材料，它具有凝结硬化快、机械强度高、容重小、耐冲击、成型方便、能耗小、生产成本低等优点；在建材工业中有较高的开发和使用价值l 1 ]。
其最大的优点是不燃，氧指数可达100，经研究表明，若将氯氧镁水泥磨成粉末加入到聚合物基体中与其构成复合材料，聚合物的阻燃性能得到很大的提高，故研究氯氧镁水泥的热分解过程必将对阻燃材料的发展有着重要的意义，而目前对氯氧镁水泥热分解过程的研究很少。
氯氧镁水泥又称索瑞尔( Sorel) 水泥或菱镁水泥,，是Sorel 于1867年发明的。
与其他水泥不同，此水泥是一种MgO·MgCl2·H2O 体系组成的镁质胶凝材料,其主要成分为碱式氯化镁, 可以用通式Mgx ( OH)·Cl·nH2O表示[ 1]。
氯氧镁水泥具有一系列显著的优点[ 2- 4]:(1) 凝结硬化快且具有很好的机械强度。
50~80 MPa的抗压强度是很常见的，通过加入改性剂最高抗压强度可达200 MPa以上; (2) 弱碱性和低腐蚀性。
氯氧镁水泥浆体滤液的pH值在8.5~ 9.5之间,比硅酸盐水泥的碱度低很多，一般只对金属有腐蚀作用; (3)粘结性好。
与一些有机或无机骨料如锯木屑、木粉矿石粉末和砂石等有很强的粘结力; (4)耐磨性好。
优于硫铝酸盐水泥、矾土水泥和硅酸盐水泥,有文献表明它是普通硅酸盐水泥耐磨性的3 倍; (5)阻燃性优良。
MgO、MgCl2都是不可燃的, 且制品水化物中大量结晶水都能阻止点燃; (6)抗盐卤能力强。
通过添加改性剂可以使氯氧镁水泥抵抗各种浓度的卤水，因此,它可用作轻质墙体材料和装饰板材, 防水堵漏材料, 防火涂层材料, 或直接制成防火材料，房屋建筑或工业厂房的地面材料以及木屑板和胶合板的胶粘剂等。
1 国内外应用研究现状1.1 国外应用状况早在20世纪30年代国外就有氯氧镁水泥产品的报道。
玻璃纤维增强氯氧镁水泥板材的耐久性研究
时问的力学性能退化特性规律， 找出适合氯氧镁水泥制品的 工厂生产， 其主要化学成分见表 ２ 。
１ 原料和配合比
１ 原 材料 ． １ （ ） 璃 纤维 ３玻
本试验采用的玻璃纤维为扬州瀵鳢工贸有限公司的中 碱玻璃纤维网格布 ， 其化学成分如表 ３ 所示 ， 平均单丝直
％
本文运用反应动力学的理论对板材在实际气候中的长期 强度作出预测，玻璃纤维增强氯氧镁水泥材料的耐久性试验 采用在 自 然养护 ２ 后， ８ ｄ 再进行干燥状态、０℃ ５ 浸水状态、０ ８
℃浸水状态试验， 测试在以上状态下试件的抗折强度， 用干燥
（） 屑 ４木
状态作基准状态进行强度对比，计算强度损失率和其它力学
性能。
试验所用木屑细度均通过 ２ ０目。
（） ５ 配合 比
３ｉ 加速 老化试 验 ．
ＧＣ Ｒ 基料的基本配合比为： 氧化镁粉 的化学成分 ％
（ ） 化镁 ２氯
本试验采用的氯化镁为天津长芦海晶集团有限公司化
表 ２ 氯 化 镁 的 主要 化 学 成 分 ％
研究 Ｇ Ｃ的耐久性。 Ｒ 采用 ５ ℃和 ８ ℃热水条件下不同煮沸 ０ ０
加速老化试验方法， 并推算出现有氯氧镁水泥建筑材料在 自
Ｚ Ｇ Ｙ ｍ ｉ Ｌ Ｕ Ｌａ￣ｎ， Ｕ Ｈ ｎｆ２，Ｉ ｉ ｑａ ＡＮ ａ ｅ ，Ｉ ｉｎｉ Ｙ ｏｇａ Ｌ Ｕ Ｑａ ｉ ｎ ｎ
（．ｉｇ ａ Ｕ ｉｅｓｙ Ｘｎｎ １０ ６ Ｑｎｈ ｉＣ ｉａ １ ｎｈ ｉ ｎｖｒｉ ， ｉｉｇ ８０ １ ， ｉｇａ， ｈｎ ； Ｑ ｔ ２ ｎｈ ｉＩｓｉ ｔ ｏ ａｔＬ ｋｓ Ｃ ｉｅｅＡ ａｅ ｙ ｏ ｃ ｎｅ ， ｉｉｇ ８ ０ ０ ， ｉｇａ， ｈｎ ； ． ｇａ ｎｔｕｅ ｆＳ ｌ ａｅ， ｈｎ ｓ ｃｄ ｍ ｆＳｉ ｃｓＸｎｎ １ ０ ８ Ｑｎｈ ｉＣ ｉａ Ｑｉ ｔ ｅ ３Ｓｈｏ ｆＣｖ ｎ ｉｅｒ ｇＮ ｎｉｇ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｒｎ ｕｉｓａ ｄ Ａ ｔ ｎ ｕｉｓＮ ｎｉｇ２ ０ １ ，ｉｎｓ ， ｈｎ ． ｏｌｏ ｉｉ Ｅ ｇｎｅｉ ， ａｊ ｎｖｒｉ ｆＡｅｏａｔ ｎ ｓ ｏａ ｔ ， ａｊ １０ ６ Ｊ ｇｕ Ｃ ｉａ ｃ ｌ ｎ ｎ ｔ ｃ ｒ ｃ ｎ ａ
氯氧镁水泥及其制品的研发进展
氯氧镁水泥及其制品的研发进展收稿日期：2005-10-08作者简介：吴金焱，男，24岁，在读硕士。
[开发利用]氯氧镁水泥及其制品的研发进展吴金焱，朱书全(中国矿业大学(北京校区)，北京 100083)摘要：本文总结了氯氧镁水泥自被发明以来的一些研究应用情况，着重综述了对氯氧镁水泥制品的改性研究，并总结了其在国内外的应用现状。
关键词：氯氧镁水泥；气硬性；胶凝材料；改性中图分类号：TQ177.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9386(2006)01-0015-04The Development of Magnesium Oxychloride Cement and its ProductsWu Jinyan, Zhu Shuquan(China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing, 100083)Abstract: The development of magnesium oxychloride cement was reviewed in the article. The author emphasized the modification study on magnesium oxychloride products and summarized its application status quo.Key words: magnesium oxychloride cement; air hardening; gel material; improvement1 概述1867年瑞典学者索瑞尔发明了一种胶凝材料，由轻烧MgO、MgCl 2和H 2O三者按照一定配比调和形成，这就是氯氧镁水泥，又称索瑞尔(Sorel)水泥。
氯氧镁水泥是一种气硬性胶凝材料，具有一系列优良的性能[1]：①凝结硬化快；②很好的机械强度：一般来说，菱镁制品的抗压、抗折、劈拉强度分别可达64MPa、20MPa、1.8MPa以上；③弱碱性和低腐蚀性：氯氧镁水泥浆体滤液的pH值经测试在8～9.5波动，比硅酸盐水泥的碱度低得多，一般只对金属材料有腐蚀作用；④较好的耐磨性：优于硫铝酸盐水泥、矾土水泥和硅酸盐水泥，有文献表明它是普通硅酸盐水泥耐磨性的3倍；⑤粘结性好：氯氧镁水泥对除了金属材料外的所有材料都有很好的粘结性；⑥突出的阻燃性：MgO、MgCl 2都是不可燃的。
氯氧镁水泥水分侵蚀机理及其耐水性
03
氯氧镁水泥的耐水性研究
氯氧镁水泥耐水性的评价指标
抗压强度
氯氧镁水泥在水中养护后的抗压强度 是评价其耐水性的重要指标。
吸水率
氯氧镁水泥的吸水率越低，说明其密 实度越高，耐水性越好。
抗折强度
抗折强度也是评价氯氧镁水泥耐水性 的重要指标，能够反映其韧性和抗裂 性能。
影响氯氧镁水泥耐水性的因素
养护条件的控制
通过控制养护温度、湿度和养护时间等条件，促进氯氧镁水泥的硬 化和结晶，提高其耐水性。
添加物掺入
适量添加硅灰、矿渣等添加剂，能够提高氯氧镁水泥的密实度和耐 水性。
04
氯氧镁水泥水分侵蚀与耐水性 的关系
水分侵蚀对氯氧镁水泥耐水性的影响
氯氧镁水泥是一种常用的建筑材料，其耐水性对于建 筑物的长期性能和安全性至关重要。水分侵蚀是影响
氯氧镁水泥耐水性的主要因素之一。
输标02入题
水分通过毛细作用进入氯氧镁水泥内部，与其中的化 学成分发生反应，导致硬化体膨胀、开裂，从而降低 其耐水性。
01
03
随着时间的推移，水分不断侵蚀氯氧镁水泥，使其逐 渐失去耐水性，导致建筑结构的破坏和安全性问题。
04
水分侵蚀过程中，氯氧镁水泥中的氯化镁与水反应生 成氢氧化镁，同时释放出氯离子。这些反应产物进一 步影响硬化体的结构和性能。
原料成分
氯氧镁水泥的原料成分对其耐水性有重要影响， 如氧化镁、氯化镁等原料的比例和纯度。
养护条件
氯氧镁水泥的养护条件对其耐水性也有影响，如 养护温度、湿度和养护时间等。
添加物
添加物如硅灰、矿渣等能够提高氯氧镁水泥的密 实度和耐水性。
提高氯氧镁水泥耐水性的方法
优化原料成分
选择高纯度、高质量的原料，调整氧化镁、氯化镁等原料的比例 ，以提高其耐水性。
氯氧镁板材生产线优化研究
ｆ ｒ ｏ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｘ ｅ ｄ － ｐ ｒ ｏ ｄ ｃｔ ｕ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ； ｍ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｔ ｉ ｍ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｆｊ ｏ ｏ ｂ ｓ ｉ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｒｏ ｆ ｍ ｓ ｉ ｘ ｔ ｏ ｉ ｆ ｖ ｅ ｓ ａ ｗ ｅ ｌ ｌ ｓ ａ ｂ ａ ｌ ｎｃ ａ ｅ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｌ ｏ ａ ｄ ｆ ｏ ｅ ａ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ．ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｍ ａ ｄ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ’ Ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍ ｔｅ ａ ｌ ｙ ｅ ｑ ｕ ｌ ａ ｅ ｖ ｅ ｒ ｙ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｆ ｏ ｗ ｈ ｏ ｌ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｅ． ｎ Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｏ ｌ ｄ ｎｄ ａ ｎ ｅ ｗ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｈ ｏ ｍｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ Ｄ ＇ ｒ ｅ ｔ ｉ ｍ ｅ ｒ ｔｅ ａ ．ａ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ
超高韧性氯氧镁水泥基复合材料的耐水性能
2019,Vol.33,No.8 www.mater⁃基金项目:国家自然科学基金(51478362;51778461)超高韧性氯氧镁水泥基复合材料的耐水性能王义超1,余江滔1,2,,魏琳卓1,徐世烺31 同济大学土木工程学院,上海2000922 同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海2000923 浙江大学建筑工程学院,杭州310058为改善氯氧镁水泥基材料的脆性和耐水性能,本试验基于微观力学设计原理,采用聚乙烯纤维作为增强材料,进行了超高韧性氯氧镁水泥基复合材料的研发㊂通过不同粉煤灰替代率(20%㊁30%㊁40%㊁60%)下复合材料的拉伸㊁压缩和单纤维拔出试验分析粉煤灰掺量对其基本力学性能㊁耐水性能的影响规律,并采用X 射线衍射仪和扫描电镜分析了不同粉煤灰替代率下水化产物的物相组成和微观结构㊂结果表明,复合材料浸水前㊁后均具有稳定的应变硬化和多缝开裂特性,抗拉强度介于4~7MPa 之间,拉伸应变介于5%~8%之间;聚乙烯纤维和粉煤灰的加入改善了氯氧镁水泥基材料的耐水性能,抗拉和抗压强度软化系数分别大于0.70和0.80,拉伸应变能力在复合材料浸水后均有一定的提升㊂关键词 氯氧镁水泥 粉煤灰 聚乙烯纤维 应变硬化 耐水性能中图分类号:TU528.58 文献标识码:AWater⁃resistance Property of Ultra⁃high Toughness Magnesium Oxychloride Cement⁃based CompositesWANG Yichao 1,YU Jiangtao1,2,,WEI Linzhuo 1,XU Shilang 31 College of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 2000922 Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety,Tongji University,Shanghai 2000923 College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou 310058To improve the inherent brittleness and poor water resistance of the magnesium oxychloride cement (MOC)based composites,ultra⁃high toughness MOC composites (MOC⁃UHTC)was developed with the help of specially treated polyethylene (PE)fibers under the guidance of micromechanical design principle.The tensile,compressive and single⁃fiber pullout tests of materials in the four replacement ratio of fly ash (20%,30%,40%and 60%)were conducted.The effect of the replacement ratio of fly ash on the mechanical properties,water resistance of the materials was analyzed.And the phase composition of hydration products and the microstructure of the composites in different replacement ra⁃tio of fly ash was analyzed by XRD and SEM,respectively.The results indicate that MOC⁃UHTC exhibits outstanding strain hardening behavior and multi⁃cracking response.The tensile strain capacity of MOC⁃UHTC ranged from 5%to 8%with the tensile strength from 4MPa to 7MPa.The tensile and compressive strength retention coefficient of the composites exceeded 0.7and 0.8respectively,indicating that the water resis⁃tance was improved due to the addition of fly ash and PE fibers.Moreover,the tensile strain capacity had a certain increase after the composites immersed in water.Key words magnesium oxychloride cement,fly ash,polyethylene fiber,strain hardening,water resistance0 引言硅酸盐水泥是土木工程领域最常用的建筑材料,其生产过程耗能大,并会排放大量的二氧化碳(CO 2),CO 2排放量约占全球人为排放总量的8%[1]㊂与生产硅酸盐水泥所需的煅烧温度相比,氧化镁水泥(Magnesium oxychloride cement,MOC)的生产要求低得多,这有利于减少资源消耗㊂氯氧镁水泥也称为索瑞尔水泥,是一种早强气硬性胶凝性材料,其是由MgO⁃MgCl 2⁃H 2O 组成的典型三元体系[2]㊂MOC 的力学性能主要取决于水化产物的物相组成,氯氧镁水泥水化产物受配合比的影响较大,其主物相有5Mg (OH)2㊃MgCl 2㊃8H 2O (Phase5)和3Mg(OH)2㊃MgCl 2㊃8H 2O (Phase3),且Phase5和Phase3是其主要强度相[3]㊂与普通硅酸盐水泥相比,氯氧镁水泥具有早期强度高㊁凝结硬化快㊁耐磨性及耐腐蚀性好且与多种材料界面粘结良好等特点[4]㊂尽管具有诸多优点,MOC 作为结构性材料仍存在较为严重的问题㊂首先,MOC 的化学属性导致其难以与钢筋长期共同工作㊂氯氧镁水泥基碱度较低(pH 为10~11),且游离氯离子的含量(1.5%~6.0%)较高㊂氯离子是一种极强的钝化剂,在低碱度条件下,高浓度的氯离子会导致钢筋的钝化膜破裂,引起钢筋严重腐蚀,造成结构安全问题[5]㊂其次,耐水性差严重制约着MOC 的广泛应用㊂为改善MOC 砂浆的耐水性能,国内外学者进行了大量的研究[6⁃9]㊂Li 等[6]指出粉煤灰的加入可以改善MOC 砂浆的耐水性能,在MOC 的碱性体系下,粉煤灰中的活性SiO 2和Al 2O 3可发生火山灰反应形成铝硅酸盐凝胶,粉煤灰颗粒和Phase5的相互作用以及粉煤灰颗粒周围铝硅酸盐凝胶的形成,可增强Phase5的稳定性㊂Tatarczak [9]研究了聚丙烯纤维对MOC 基复合材料的物理和力学性能的影响,发现聚丙烯纤维的加入可显著减少复合材料的收缩裂纹和微裂纹,并降低复合材料的吸水率和渗透性,而渗透性降低可提高其耐水性能㊂虽然聚丙烯纤维的加入可以抑制微裂纹的扩展,降低复合材料的吸水率和透水性,提高基体的抗压强度和弯曲强度,但这种改进远不能满足MOC 在实际应用中遇到的耐久性和力学问题㊂因此,寻找更有效的方法来提高MOC 的耐水性能并改善其脆性具有重要意义㊂目前工程界中,经微观力学设计的纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)以应变硬化和优异的拉伸变形能力闻名[10],国内则将其统称为超高韧性混凝土(Ultra⁃high toughness concrete,UHTC)[11]㊂近年来,余江滔等[12⁃13]研发出一种具有超高延性的纤维增强水泥基复合材料(Ultra⁃high ductility cementitious composites,UHDCC)㊂UHDCC除具有UHTC材料的应变硬化和多缝开裂的特性,还有6%~12%的拉伸变形能力和4~20MPa的拉伸强度[14]㊂这种材料的问世,使基于单一水泥基材料进行无筋建造的工艺成为可能[15]㊂参考以上材料的研发工作,笔者采用高模量聚乙烯纤维增强MOC砂浆,制备一种具有超高韧性的氯氧镁水泥基复合材料(MOC⁃UHTC),结果发现氯氧镁水泥基的力学性能得到大幅提升,使其可能成为一种无筋建造的工程材料,从而解决钢筋锈蚀和拉伸力学性能不足的问题[16⁃17]㊂本研究将主要介绍MOC⁃UHTC的耐水性能,通过四种粉煤灰替代率下MOC⁃UHTC试件的轴向拉伸㊁压缩和单纤维拔出试验,研究复合材料浸水前㊁后的力学性能,并采用X射线衍射仪和扫描电镜分析不同粉煤灰替代率下水化产物的物相组成和微观结构,探讨粉煤灰替代率对复合材料的基本力学性能㊁耐水性能和纤维/基体界面粘结性能的影响规律㊂1 材料和实验方案1.1 材料与配合比本工作采用四种配合比(粉煤灰替代率20%㊁30%㊁40%㊁60%)进行试件的制备,并分别命名为FM20㊁FM30㊁FM40和FM60,详见表1㊂首先通过试验确定MgO/MgCl2的物质的量比为6,以使氯氧镁水泥水化产物生成合适的物相㊂其中氧化镁为菱镁矿石(MgCO3)经煅烧后磨制而成,活性氧化镁的含量为55.41%㊂粉煤灰采用一级粉煤灰,比表面积为744.3m2/kg;MgCl2为纯化学成分㊂采用短切的高模量聚乙烯纤维(Polyethylene,PE)对基体进行增强,体积掺量为表1 MOC⁃UHTC的配合比Table1 The mix proportion of MOC⁃UHTCMixtures BinderMgO MgCl2Fly ash Water HRWR Fiber/% FM200.580.220.200.20.00192 FM300.500.200.300.20.00192 FM400.430.170.400.20.00192 FM600.290.110.600.20.00192表2 PE纤维的性能指标Table2 Properties of PE fiberLength mm Fiber aspectratioStrengthGPaElasticmodulus/GPaRuptureelongation/%Densityg/cm3126002.91162.420.97表3 原材料的化学组成(质量分数,%)Table3 Chemical compositions(wt%)of the raw materials Chemicalcomposition MgO SiO2Al2O3K2O CaO TiO2Fe2O3 MgO84.4612.880.070.041.78/0.60 Fly ash0.9051.7023.901.407.651.195.222%,PE纤维的基本性能指标见表2㊂所用减水剂为三瑞公司生产的多元羧酸高效粉体减水剂㊂轻烧镁粉和粉煤灰的化学成分列于表3,粒径分布见图1㊂图1 粉煤灰和氧化镁的粒径分布Fig.1 Particle size of fly ash and MgO1.2 试件成型与养护使用JJ⁃5型水泥胶砂搅拌机进行试件的制备工作㊂首先将称量好的氧化镁㊁氯化镁和粉煤灰等固体放入搅拌桶中,进行约2min的干拌;随后加入减水剂和水,搅拌至砂浆均匀,稠度适中;最后缓慢地加入纤维并快速搅拌至纤维分散均匀后停止㊂搅拌完成后,将混合物浇筑于相应的模具中并用保鲜膜覆盖养护,1d后进行拆模并在室温下养护28d㊂随后,将设计所需的试件放入水中浸泡28d㊂养护至规定龄期后,进行试验㊂2 实验四种不同配比的MOC⁃UHTC在每种试验工况下试件数量均为三个㊂轴向拉伸试验采用日本土木工程师学会推荐的狗骨型平板试件[18],试件几何形状和尺寸如图2所示㊂拉伸试验采用位移控制,加载速率为1.5mm/min㊂将两个拉线式位移传感器安装在试件的侧面以获得标距范围内试件的位移变化,引伸计标距在80mm左右,应变按实测标距计算㊂图2 狗骨试件的几何尺寸(单位:mm)Fig.2 The geometry size of dog bone specimen(unit:mm)轴向压缩强度试验采用50mm×100mm的圆柱体试块,研究证明,圆柱体高径比较大,抗压强度基本不存在尺寸效应,因此可较明确地反映材料的抗压强度[19]㊂试验采用位移控制加载,峰值荷载之前加载速率为2mm/min,峰值荷载之后加载速率为1mm/min,用两个电子引伸计固定在试件两侧的对称位置以测量压缩变形,测量标距为60mm㊂单纤维拔出试验参考本课题组自行优化的设计方法[20],加载装置见图3㊂采用BRUCKER D8型X射线衍射仪对试件进行测试,连续扫描模式,扫描步长为0.02°,2兹扫描范围为10~70°,扫描速率为6(°)/min㊂使用扫描电子显微镜(SEM,Phenom材料导报(B),2019,33(8):2665⁃2670ProX)对试件断裂表面进行形态和微观结构观察㊂图3 单纤维拔出试验装置Fig.3 The test setup of single⁃fiber pullout test3 结果与讨论3.1 轴向拉伸性能在MOC⁃UHTC试件的直接拉伸试验过程中,随着拉伸荷载的增加,可以观察到MOC⁃UHTC试件表面裂缝的不断产生和发展,最终形成饱和多裂缝㊂试验结束后,计数标距长度范围内的裂缝数量,并结合试件在峰值荷载下的伸长率计算平均裂缝宽度和平均裂缝间距,结果列于表4中㊂四种不同配比的复合材料裂缝间距基本小于2mm,虽然裂缝宽度在浸水后有所增大,但其最大值仍然小于120μm㊂表4 直接拉伸试验结果Table4 Results of uniaxial tension testMixture Curing Crack number Crack width/μm Crack spacing/mmFM20Air39107.12.09Water40114.62.09FM30Air5585.41.46Water49103.51.65FM40Air5093.51.63Water7195.41.13FM60Air6292.91.30Water45119.51.79 四种不同配比的MOC⁃UHTC浸水前㊁后的典型拉伸应力⁃应变曲线如图4所示,其中A表示空气中养护的试件,W 则为浸水后试件㊂MOC⁃UHTC的拉伸应力⁃应变曲线最初是线弹性的,直到施加的荷载达到基体开裂强度时,试件表面瞬间产生垂直于加载方向的裂缝;继续增加荷载,由于纤维的桥联作用,裂缝扩展到一定宽度后,会在其他部位形成新的基体裂缝,重复整个过程,则会产生大量的应力波动㊂每个局部峰值对应于形成的新的基体裂缝,应力下降对应于新裂纹形成时复合材料中储存的能量的释放;薄弱部位的裂缝不断扩展,直至达到最大的纤维桥联应力,最终试件被破坏㊂显然,由于短切高分子模量聚乙烯纤维的加入,氯氧镁水泥基复合材料浸水前㊁后均表现出明显的拉伸应变强化现象,即随着拉伸应变的增大,材料的强度不断增强㊂值得注意的是,多裂缝形成阶段MOC⁃UHTC的应力波动明显小于Yu等[12]和Ranade等[21]研制的PE纤维增强硅酸盐水泥基复合材料,这主要是由于纤维与氯氧镁水泥基体间存在良好的粘结能力㊂图4 MOC⁃UHTC拉伸应力⁃应变曲线(电子版为彩图)Fig.4 Tensile stress⁃strain curves of MOC⁃UHTC四种不同粉煤灰掺量下氯氧镁水泥基复合材料浸水前㊁后的峰值拉伸强度和延伸率如图5所示㊂MOC⁃UHTC的拉伸应变能力在5%~8%之间,是普通混凝土的几百倍㊂与拉伸应变能力为2%~4%的聚乙烯醇纤维增强硅酸盐水泥基复合材料相比,MOC⁃UHTC在拉伸韧性方面具有明显的优势㊂总体来说,随粉煤灰掺量的增加,氯氧镁水泥基复合材料的拉伸强度基本呈下降趋势,而拉伸韧性则显著提高;试件浸水后,各配比试件的拉伸强度均有较为明显的下降,而拉伸韧性同样有明显的上升㊂这表明粉煤灰掺量和养护方式对MOC⁃UHTC的强度和延展性有显著影响,粉煤灰的加入减弱了纤维与MOC基体之间的界面粘结力,从而使极限拉伸强度降低㊂同时粉煤灰的增加使得基体的断裂韧度和强度降低,而断裂韧度和强度的下降可以明显提高相同纤维桥接力下基体裂纹的密度,从而使得拉伸韧性增强[22]㊂浸水后由于水化产物中主要强度相Phase5的分解,改变了基体的孔图5 MOC⁃UHTC拉伸试验结果Fig.5 The tension test results of MOC⁃UHTC超高韧性氯氧镁水泥基复合材料的耐水性能/王义超等结构,同样使得纤维与基体间的粘结作用减弱,基体的断裂韧度和强度降低,从而使得拉伸韧性提高㊂3.2 抗压性能FM20㊁FM40和FM60浸水前㊁后的轴压应力⁃应变曲线如图6所示㊂从图6可以看出在达到峰值压应力前,荷载随着位移的增大而迅速增大,峰值应力对应的压缩应变值(0.003~0.005)与普通混凝土的峰值压缩应变(0.002)相近㊂峰值应力之后,与普通混凝土迅速被压坏不同,MOC⁃UHTC 不会出现压溃和崩离现象,而是随着位移的增大,荷载缓慢降低,曲线下降段比较平缓,表现出优异的受压变形能力㊂其中FM60的峰后受压变形能力最好,随着压缩变形的增大,荷载下降极为缓慢㊂图6 MOC⁃UHTC 轴压应力⁃应变曲线Fig.6 The compressive strain⁃stress curves of MOC⁃UHTCFM20㊁FM40和FM60浸水前㊁后的抗压强度和弹性模量及其变化趋势如图7所示㊂随着粉煤灰替代率的增大,抗压强度和弹性模量均呈下降趋势,未浸水时,与FM20相比,FM40和FM60的抗压强度和弹性模量分别降低了24.7%㊁22.0%,49.4%㊁36.5%㊂试件浸水后,抗压强度和弹性模量明显下降,但FM60的抗压强度降低程度较FM20和FM40低,FM60为6.6%,FM20和FM40分别为15.3%㊁16.7%㊂3.3 软化系数氯氧镁水泥耐水性的评价指标主要为强度损失和质量损失率㊂强度损失主要用浸水后试件强度的保留率 软化系数来评价,其由于能更直观地反映MOC 的耐水性,在国内应用较多[23]㊂本工作将软化系数扩展为试件在室温下浸水一段时间后的性能(强度㊁韧性等)与浸水前性能之比㊂以拉伸㊁压缩强度软化系数及拉伸应变软化系数作为评价MOC⁃UHTC 耐水性能的指标㊂图8列出了四种不同配比MOC⁃UHTC 的拉压强度及拉伸应变软化系数,并与Li 等[6]和Chau等[24]文献中的压缩强度软化系数进行了对比㊂由图8可知,粉煤灰掺量对MOC⁃UHTC 的耐水性能有重要影响㊂四种MOC⁃UHTC 的拉伸强度软化系数均小于1;除FM60(拉伸应变软化系数为0.93)外,其余配合比试样的拉伸应变软化系数均大于1㊂这表明浸水后孔隙结构的变化导致纤维/基体的粘结力变弱,而浸水后基体缺陷的增多有助于拉伸过程中饱和多裂缝的形成,从而使其拉伸应变增加㊂对于抗压强度,所有MOC⁃UHTC 的软化系数均大于0.80,明显高于Li 等[6]的试验结果(0.4)和Chau 等[24]的试验结果图7 MOC⁃UHTC 压缩试验结果比较Fig.7 The compression test results ofMOC⁃UHTC图8 MOC⁃UHTC 的软化系数Fig.8 The retention coefficient of the MOC⁃UHTC3.4 XRD 和SEM 分析图9为四种粉煤灰掺量浸水前㊁后MOC 净浆水化产物的物相组成㊂由XRD 图谱可以看出,本试验的粉煤灰改性MOC 的水化产物主要由5Mg(OH)2㊃MgCl 2㊃8H 2O(Phase5)㊁Mg⁃(OH)2(Brucite)及残留的MgO(Magnesia)组成㊂其中Phase5是水泥砂浆的主要强度相㊂粉煤灰替代率由20%提高到60%,水化产物Phase5㊁Brucite 及Magnesia 峰强均呈降低趋势㊂试件浸水后,Phase5晶体峰强略有降低,而Brucite 峰强有较为明显的增强,这主要是由于少量Phase5晶体在水中溶解流失㊂FM20和FM60浸水前㊁后扫描电镜下的微观形貌如图10所示㊂由图10可以清楚地看到FM20中的针状晶体(Phase5)明显比FM60中的更密集,Phase5结晶相在粉煤灰颗粒周围或表面附聚,粉煤灰颗粒填充在针状晶体中间,二者互相填充使得制品结构大为改善,而且粉煤灰具有憎水性,这将使水分难以在试样中流动,浸水后Cl -2+损失很材料导报(B ),2019,33(8):2665⁃2670图9 四种复合材料水化产物的XRD图谱Fig.9 XRD patterns of the matrix in different fly ash content小㊂但总有水分渗入试件内部,由于部分Phase5晶体溶于水,浸水后FM20和FM60的微观结构变得松散,改变了基体的孔结构,从而使纤维与基体界面的粘结性能发生改变,对试件强度和韧性产生较大的影响㊂对UHTC材料而言,裂缝的产生由基体断裂韧度和自身缺陷决定,缺陷尺寸和分布在多裂纹形成过程中起着重要作用[25]㊂为了使复合材料达到饱和多缝开裂,Wang等[26]通过添加轻骨料等方法在基体中引入人工缺陷,使基体的微观结构发生改变㊂对MOC⁃UHTC 而言,由于其浸水后主强度相Phase5的分解,MOC水泥基体微观结构产生变化,导致断裂韧度减小,基体内部缺陷增多,加载过程中更容易产生多裂缝,使其韧性增大,从这一层面来讲,浸水对MOC⁃UHTC的拉伸应变能力有利㊂图10 FM20和FM60的SEM微观形貌Fig.10 SEM morphologies of FM20and FM60specimens3.5 纤维/MOC基体界面粘结性能纤维与水泥基体的界面粘结性能是研究纤维混凝土增强增韧性能的关键,对纤维混凝土各项宏观力学性能有着重要影响,单纤维拨出试验则是研究纤维/基体界面粘结性能最为有效的方法之一[27]㊂为进一步了解MOC⁃UHTC浸水后力学性能变化的原因,本试验进行了四种MOC⁃UHTC浸水前㊁后的单纤维拔出试验,纤维埋深均为9mm,其典型拔出曲线如图11所示㊂图11 典型的单纤维拔出曲线Fig.11 Representative single⁃fber pullout curves超高韧性氯氧镁水泥基复合材料的耐水性能/王义超等 从图11可以看到,单纤维拔出曲线上没有明显的脱粘点,且纤维均为拔出破坏㊂这是由于PE纤维具有憎水性,纤维与基体之间的化学粘结力弱,在拔出过程中,纤维不易断裂㊂整个拔出过程包括剥离阶段和拔出阶段㊂剥离阶段:随着力的增大,纤维与MOC基体之间逐渐从加载端向埋置深处剥离,直到达到力的峰值㊂拔出阶段:纤维逐渐从基体中拔出,随着纤维与基体接触面积的减小,摩擦力的合力也逐渐变小,拔出力不断减小,直至纤维被完全拔出㊂试件浸水后,FM20㊁FM30㊁FM40㊁FM60的纤维拔出峰值力分别下降了8.23%㊁14.10%㊁15.63%㊁28.81%㊂这主要是由于浸水后,纤维基体界面发生变化,导致纤维/基体界面粘结力下降,这也是浸水试件轴向拉伸强度下降的主要原因㊂4 结论(1)MOC⁃UHTC浸水前㊁后均具有优异的拉伸应变硬化性能㊂极限状态下,四种配合比试件的拉伸应变均大于5%㊂浸水后,MOC⁃UHTC的裂缝宽度有一定的增大,但其最大值仍然小于120μm,表现出优异的裂缝控制能力㊂(2)粉煤灰替代率和水浸泡对MOC⁃UHTC力学性能有显著影响㊂随粉煤灰替代率的提高,抗拉㊁抗压强度以及压缩弹性模量均呈降低趋势,而拉伸韧性和受压变形能力明显提高㊂试件浸水后,变化规律相似㊂(3)粉煤灰和纤维的加入提高了MOC⁃UHTC的耐水能力㊂抗拉㊁抗压强度的软化系数分别大于0.7和0.8㊂(4)MOC⁃UHTC的强度降低主要是由于少量Phase5晶体在水中的溶解,耐水性提高则是粉煤灰和纤维的加入改变了MOC基体的微观结构,从而抑制了Phase5晶体的分解㊂参考文献1 Ruan S,Qiu J,Yang E H,et al.Cement and Concrete Composites, 2018,89,52.2 Deng D,Zhang C.Cement and Concrete Research,1999,29(9), 1365.3 Demediuk T,Cole W F,Hueber H V.Australian Journal of Chemistry, 1955,8(2),215.4 Siddique R,Naik T R.Waste Management,2004,24(6),563.5 Li Z,Chau C K.Cement and Concrete Research,2007,37(6),866. 6 Li C D,Yu H F.Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition),2010,25(4),721.7 Li Y,Yu H,Zheng L,et al.Construction and Building Materials,2013,38,1.8 Deng D.Cement and Concrete Research,2003,33(9),1311.9 Tatarczak A.In:Proceedings of the International Conference on Civil, Structural and Transportation Engineering.Canada,2015,pp.318. 10Li V C,Leung C K Y.Journal of Engineering Mechanics,1992,118 (11),2246.11Xu S L,Li H D.China Civil Engineering Journal,2008,41(6),45 (in Chinese).徐世烺,李贺东.土木工程学报,2008,41(6),45.12Yu K,Wang Y,Yu J,et al.Construction and Building Materials,2017, 137,410.13Wang Y C,Hou M J,Yu J T.Materials Review B:Research Papers, 2018,31(10),3535(in Chinese).王义超,侯梦君,余江滔.材料导报:研究篇,2018,31(10),3535. 14Yu K,Yu J,Dai J,et al.Construction and Building Materials,2018, 158,217.15Yu K Q,Li L Z,Yu J T,et al.Engineering Structures,2018,170,11. 16Wang Y C,Yu J T,Wang J P,et al.Journal of Wuhan University of Technology,2017,39(10),26(in Chinese).王义超,余江滔,王建平,等.武汉理工大学学报,2017,39(10), 26.17Wei L,Wang Y,Yu J,et al.Construction&Building Materials,2018, 165,750.18Wang Y C,Wei L Z,Yu J T,et al.Cement and Concrete Composites, 2019,97,248.19Xu Y N.Experimental study on tensile,compressive and bionic structural beams of UHDCC.Master’s Thesis,Tongji University,China,2017(in Chinese).徐延宁.UHDCC抗拉㊁抗压及仿生结构梁试验研究.硕士学位论文,同济大学,2017.20Xu W L.The development of ultra high ductility cementitious composites and the establishment of an analytic model based on micro⁃mechanics. Master’s Thesis,Tongji University,China,2016(in Chinese).许万里.超高延性水泥基的制备及微观力学模型解析.硕士学位论文,同济大学,2016.21Ranade R,Li V C,Stults M D,et al.ACI Materials Journal,2013,110 (4),413.22Wang S,Li V C.ACI Materials Journal,2008,104(3),233.23Zhang C M,Deng D H.Journal of the Chinese Ceramic Society,1995 (6),673(in Chinese).张传镁,邓德华.硅酸盐学报,1995(6),673.24Chau C K,Chan J,Li Z.Cement and Concrete Composites,2009,31 (4),250.25Li V C,Wang S X.Probabilistic Engineering Mechanics,2006,21(3), 201.26Wang S,Li V C.In:Proceedings of FRAMCOS⁃S,vail,Colorado, USA,2004,PP.1005.27Dong Z Y,Li Q B.Advanced in Mechanics,2001,31(4),555(in Chi⁃nese).董振英,李庆斌.力学进展,2001,31(4),555.(责任编辑 李 敏) Yichao Wang received his B.S.degree in June2016from Beijing University of Technology.Since September2016,he has been studying for a Ph.D.at the Collegeof Civil Engineering,Tongji University.His researchinterests are ultra⁃high performance fiber reinforced ce⁃mentitious composites and its structure.王义超,同济大学博士研究生㊂2016年6月毕业于北京工业大学,获工学硕士学位㊂2016年9月至今在同济大学土木工程学院攻读博士学位,主要从事超高性能纤维混凝土材料及其结构的研究㊂Jiangtao Yu works as full⁃time professor and supervisorof Ph.D.student in the College of Civil Engineering atTongji University.His research interests are the deve⁃lopment of high performance of fiber reinforced concreteand its application in civil engineering.He publishedmore than100scientific papers in English or in Chinesejournals and awarded one national science and technolo⁃gy invention prize and two Shanghai science and tech⁃nology progress prizes.余江滔,同济大学土木工程学院教授,博士研究生导师㊂主要从事高性能纤维混凝土的研发和应用㊂发表SCI检索论文30余篇,EI检索论文40余篇;获得和申报发明专利20余项;相关研究成果获得国家科技发明奖1项㊁上海科技进步奖2项㊂材料导报(B),2019,33(8):2665⁃2670。
高性能、低成本GWF复合材料管
ｂ 防腐 、耐温 。 Ｇ ． ＷＦ管具有有机玻璃钢管的优 良防腐性和无机复合材料的高耐热 性 （ 使用温度可达 ２ ０ ０＂ Ｃ以上 ）及刚度 。 ｃ 防火性好。 遇火不燃烧 ，使用安全 。 ．
・
２ ０・
维普资讯
ｄ ．摩擦 阻力小。 在相 同的输送能力下， Ｇ 用 ＷＦ管可比钢筋混凝管和铸铁管节能 ３～ ０
Ⅺ 述 ：：
・・・・． ．
・・・・・・・・・ …
高性 能、低成本 Ｇ ＷＦ复合材料 管
刘 雄 亚
（ 武汉 理工大学，武汉 ４ ０ ７ ） ３０ ０
Ｇ ｗＦ复合材料管是用氯氧镁复合材料与聚酯玻璃钢复合成为新技术产品，获得 国家发
明专利 Ｚ ９ １１０ 。经过兰州和青 岛的开发实践，技术 已经成熟 。 Ｌ ７２６． ６
１ Ｇ ＷＦ管的特点和用途
ＧＷＦ管是 在解 决 了：
１ 氯氧镁复合材料 的强度、耐水性、不返 卤、不起霜； ） ２ 有机和无机复合材料的界面粘接 、协 同固化； ） ３ 有机和无机复合材料一次性机械化缠绕成型等技术问题而研制成功的。 ）
１１ ＧＷ Ｆ管 的特 点 ．
ａ 轻质高强 。 Ｇ ． ＷＦ 管的密度为 １ ＂２ ，Ｇ ． －． ＷＦ 管按承受 内压能力分为 ０ Ｍｐ 、 ９ ＇０ ． ａ ４ ０ Ｍｐ 、Ｏ Ｍｐ 和 １ Ｍｐ ． ａ ． ａ ６ Ｓ ． ａ四种规格，如需要更高内压 时，可另行设计 。 同材质管的重量 ０ 不
４０ 。 ％
ｅ 使用寿命长。 一般化工管使用寿命 ３ ０ ． ～ｌ 年，给水、排水管使用寿命 ３￣５ 年。 ０ ０ ｆ 成本低。 根据葫芦 岛计水工程测算 ，每公里管线 的综合造价 比较 ，Ｇ ． ＷＦ 管比预 应力钢筋混凝土管低 ｌ 万元 ，比聚酯玻璃钢管低 ２ ． 万元，比铸铁管低 １３ 万元。与现 ８ ６３ ５ １． ５ 时应用最多夹砂玻璃钢管比较，也有优势。如 ６ ０ ０ 夹砂玻璃钢管 ，使用压力为 １ Ｍｐ 时， ． ａ ０ 售价为 ４ ０ ｍ ２ 元， ，而 Ｇ ＷＦ管的售价只有 ２ ０ ｍ。 ８ 元， 综上所述 ，Ｇ ＷＦ管是 目前各种管材 中，性能最好的，价格最低的管道工程材料 。其工 程造价低于预应力钢筋混凝土管， 其性能除具有树脂玻璃钢的防腐性外 ， 还具有较高的耐热
氯氧镁水泥泡沫混凝土的优化试验
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔｅ ｉ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｕＵｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ １ ６ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｓｔ ｕ ｄｙ ｏｎ ｍ ａｇｎｅ ｓｉ ｕｍ ｏｘｙ ｃｈｌ ｏｒ ｉ ｄｅ ｃ ｅｍ ｅｎｔ ｍ ａｔ ｅｒ ｉ ａｌ ｗｉ ｔ ｈ ｐｏｒ ｏｕ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｏｒ ｔ ｈｏｇｏｎａｌ ｅ ｘｐｅｒ ｉ ｍ ｅｎ ｔ
ＤＡＩＭ ｉ ｎ， ＺＨＡＮＧ Ｈｅ － ｙ ｉ双 氧水掺量 、 试 验温度 为因素 ， 每个 因素三水 平 ， 设计 ９ 组试 验制备 氯氧镁 水
泥发泡混凝土 ， 并 对试验样 品进 行相关力学性 能及物理 陛能测试 ， 试 验结果表 明 ： 在轻烧镁 粉与无水 氯化镁 的摩尔 比为 ７ ： １ ， 水灰 比为
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈｅ ｍａ ｇ ｎｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ｏ ｃ ｙｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｃ ｅ ｍｅ ｎｔ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｐｏ ｒ ｏ ｕｓ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｐａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｃ ａ ｌ ｃ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ａ ｍａ ｎｅ ｇ ｓ ｉ ａ ａ ｎ ｄ ｍａ ｇ ｎｅ ｓ ｉ ｕ ｍ
ｈ ｙ ｒｏ ｄ ｇ ｅ ｎ ｐ ｅ ｒ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｎｉ ｎ ｅ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ ｐ ｒｅ ａ ｄ ｍａ ｎｅ ｇ ｓ ｉ ｕｍ ｏ ｃ ｙ ｃ ｈｌ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
铸造壳型环保新材料的研究
相 关成分对 复合 壳型的性能影响 ，对 比分析 了不 同壳型 的表 面质量及性 能。结果表 明 ，该 复合 壳型 工 艺简单、制 壳周期 短 ，制得 壳型表 面质量好 且其常温强度 比全硅溶胶 壳型 强度 高，高温 强度 为硅溶胶 壳型 的 ７ ％，溃散 性好 ，完全 能够满 １
足 铝 、镁 合 金 铸 件 的 浇 注要 求 。
ｈｔ ｔ ｆ ｔｐ
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２１ 年 ・ ５ ０１ 第 期
技术与研究
中国材料科技与设备 （ 双月刊）
图 １ 氯 氧镁胶凝材料的硬度随着比重的变化 曲线
Ｆ ｇ １ Ｔｈ ｕ ｖ ｆｔ ｅ ｈ ｒ ｎ ｓ ｆＭ ａ ｎ ｓｕ ｃ ｌ ｒ ｅ ｉ． ｅ ｃ ｒ ｅ ｏ ｈ ａ ｄ ｅ ｓｏ ｇ ｅ ｉｍ ｈ ｏ ｉ ｄ
试验 中的复合壳型采用 硅溶胶 涂料作 为面层及 最外层 壳型涂料 ，加 固层壳型选 用氯氧 镁涂料 ，采 用雨 淋式手工
撒砂 。因为 试 验条 件有 限，完全 干 燥 后选 用 ８ ０ ５ ℃焙 烧 ，
复合壳型 的工艺参数如表 ２所示 。
表 ２ 复合壳型的工艺参数
Ｔａ ． Ｐ ｏ ｅ ｓｐ ｒｍｅｅ ｓｏ ｏ ｐ ｓｔ ｈ ｌ ｂ２ ｒ ｃ ｓ ａａ ｔｒ ｆｃｍ ｏ ｉｅｓ ｅｌ
效益高并能够适用于工程 生产 的新 型制壳工艺 。
１ ２试 验 方 法 ．
本试验通过探索 Ｍｇ 、Ｍｇ １ 、改性剂等原料的最佳 Ｏ Ｃ ｚ
配 比组合情况 ，对每种原 料组合 配 比之后 的性能进 行理论 分析 ，优化精铸用壳型涂料选择 以及制备工艺参数 。 将氯化镁 固体与水混合充分搅 拌 ，配制 出比重在 ２ ～ ２
氯氧镁胶凝材料粘结碳纤维板高温后拉伸性能试验研究
２ ． ２ 试 件 制作 根据课 题组 的研究 成果 ， 无 机胶 ＭＯ Ｃ的配 合 比 为 Ｍ ｇ Ｏ： Ｍｇ Ｃ １ ２＝１ ０ ． ７ ５： １ （ 摩尔 比） ， 水： （ Ｍｇ Ｏ＋
Ｍｇ Ｃ １ ）＝ ０ ． ４ ５ ： １ （ 质 量 比） 。对将 用 无 机胶 ＭＯ Ｃ进
度９ ５ ％。
图 ｌ 碳 纤 维 板 试 样 尺 寸
Ｆｉ ｇ ．１ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｚ ｅ
碳纤 维布 的材料性 能见 表 １ 。
表１ 碳 纤维布主要 力学性能参数
Ｔａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｏ ｆ ＣＦＲＰ
、
毛
０ ３｜
２ ０
氯 氧 镁胶 凝 材 料 粘 结碳 纤 维板 高 温后 拉 伸 性 能试 验 研 究
２ ０ １ ３年 ５ 月
由表 ２可 以看 出 ， 常 温下 ， 采用 ＭＯ Ｃ粘 结 的碳
同工作 的作 用 ， 导致 ４ ０ ０ ￣ Ｃ后 碳 纤 维 板 的抗 拉 强 度
中图分类号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ ； Ｔ Ｕ ５ ８ ２
文献标识码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ ０ ３— ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ １ ８— ０ ４
１ 引 言
近 年来 ， 外贴碳 纤维 片材加 固法 因其 轻质 高强 、
耐 腐蚀 、 安装 快速 简易 、 施 工周 期短 、 维护 费用 少 、 抗 疲 劳 陛能好 等优 点 ， 被 广 泛应 用 于建 筑 结 构 加 固与
水泥（ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ Ｏ ｘ ｙ ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄ ｅ Ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ， ＭＯ Ｃ ） 来 粘 贴
＂MgO／AC＂复合材料对水溶液中Cu2+和Cr(VI)的吸附性能研究
第 ６期
中 国 海 洋 大 学 学 报
ＰＥＲ１ ０ＤＩ ＣＡＬ ０Ｆ ＯＣＥＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＣＨ Ｉ ＮＡ
２１ ０ ０年 ６ 月
Ｃｕ＋和 Ｃｒ Ｖ ） （ Ｉ “ Ｏ／ ＂ Ｍｇ ＡＣ 复合 材 料对 水 溶 液 中 ２ 的 吸 附性 能研 究
定 时 间 。吸 附体 系经离心 分 离后 ， 取定 量 上层 清 夜 ，
采用 二 乙基 二硫 代氨基 甲酸 钠分 光光 度 法测 定废 水 中
１０） 电子分析天平（ ２０ ， 梅特勒一 托利多仪器有限公司，
ＳＡ）恒 温水 浴振荡 器 （ ／ ， 常州 国华 企 业 ，ＨＡ Ｃ）酸度 Ｓ ＿ ， 计（ 上海伟 业仪 器 厂 ， ＨＳ３ ， 光 光 度计 （ ｉ ｐ －Ｃ）分 Ｕｎｃ ｏ上
海 有 限公 司 ， ｉ ０ ０ 等 。 Ｕｎｃ ２ ０ ） ｏ
１ ２“ Ｏ ＡＣ 复合材料 的 制备与表 征［ ． Ｍｇ ／ ” ］
术＿ 。镁 氧化合 物 在 染 料 、 金 属 离 子废 水 处 理 中显 １ ］ 重
示 出优 良的效 果＿ ］ ２ 。本 实 验 室 利用 镁 盐 和造 纸 草 浆 。
将造 纸草 浆 黑 液 和 氯 化 镁 混 合 均 匀 ， 陈化 ，０℃ ８ 烘 干 。干 燥所得 固体 物浸渍 在一 定浓 度 的氯 化 锌溶 液
中， 离心 分 离 ， ０℃烘 干 ， 后 置 于 活 化 炉 中 ， 气 气 ８ 然 氮
黑 液为原 料制得 一类 “ Ｏ／ ”新 型 复合 材料 ， 用 Ｍｇ ＡＣ 应 于印染废 水 的脱 色［ 和 油 品脱 硫［ ， 示 出 良好 的性 ４ ］ ５显 ］
加速 电压 为 ２ Ｖ。 ０ｋ
氯氧镁水泥在水热环境下强度变化机理
氯氧镁水泥在水热环境下强度变化机理氯氧镁水泥（MOC）是一种新型的高性能水泥材料，具有较高的抗压强度和抗拉强度以及良好的化学稳定性和耐腐蚀性。
然而，在水热环境下，MOC水泥的强度会发生变化。
本文将探讨MOC水泥在水热环境下强度变化的机理，并提出相应的改进措施。
一、MOC水泥的制备和试验方法MOC水泥是通过氧化镁、氯化镁和硅酸盐混合物等原料在一定条件下制备而成。
本文采用了标准的试验方法来测试MOC 水泥在水热环境下的强度变化，其中包括抗压强度测试、SEM（扫描电镜）观察、XRD（X射线衍射）分析等。
二、MOC水泥强度变化的原因MOC水泥在水热环境下的强度变化主要受以下几个因素的影响：1. 水热作用水热作用是指水和热的共同作用，它会导致MOC水泥中的化学反应速率加快，从而加快了水泥的固化过程。
然而，水热作用也会导致水泥中的结晶物相发生变化，使得水泥中形成的晶体更加致密，从而降低了其自由体积，使抗压强度减小。
2. 液体-固体界面扩散效应在水热环境下，液体-固体界面扩散效应对MOC水泥强度的影响也很大。
水分从液相向固相中扩散时，会引起水泥微观孔隙的变化。
这样一来，原有孔隙中的Mg2+等离子体将与养护水中的离子反应，形成新的氢氧化物和水合物。
这些新形成的物质堵塞了原有的孔隙，从而降低了水泥的自由体积，导致其抗压强度下降。
三、改进措施1. 适当降低反应温度由于水热反应的加快将直接影响MOC水泥的强度变化，因此通过降低反应温度，可以减缓水泥的固化速度。
2. 调整原材料的配比MOC水泥中的不同成分对其强度变化起着不同的作用，通过调整原材料的配比，可以使其达到更优的强度表现。
3. 引入新的添加剂引入新的添加剂，如聚合物、石墨烯等，可以改善MOC水泥的力学性能，并抑制其在水热环境下的强度变化。
四、结论在水热环境下，MOC水泥的强度变化与水热作用和液体-固体界面扩散效应密切相关。
通过调整反应温度、原材料的配比以及引入新的添加剂等措施，可以有效地减缓MOC水泥在水热环境下的强度变化，提高其力学性能，并实现在工程应用中的持续稳定性。
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能对 比。
关键词 氯氧镁复合材料 ； 高性能氯氧镁复合材料 ； 无机玻璃钢
Ｒｅｅ ｒ ｈ ｏ ｇ ｅ ｏ ｍａ ｃ ａ ｎ ｓｕ Ｏｘ ｃ ｌｒｄ ｍｐ ｓ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｈｉｈ Ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ Ｍ ｇ ｅｉ ｍ ｙ ｈ ｏ ｉ ｅ Ｃｏ ｏ ｉ ｓ ｆ ｔ
１ 前
言
２氯 化镁 选 用 海 格 尔木 产 品 ， 用 前 先 将 氯 化 ） 使 镁 配制 成 比重 为 １２ １２ 溶 液 ， 学组 成如下 ： ． ．４水 化
化学成分 Ｍ ｇ Ｃ Ｎｚ ａ ａＯ Ｋ Ｓ２ ｉ ０ ０ Ｆ２３ 结晶水 ３ ｅ ０
氯氧镁 复合材料又称无机玻璃钢 ， 这种材料 目 前名声不好 ， 需要恢 复名誉 。早在 ８ 年代 ， ０ 我国就 有很多单位进行过研究 ， 但因没有解决强度低 ， 不耐 水 、 卤 、 霜 和 老化 问题 ， 得 氯 氧镁 复 合 材 料 一 返 起 使
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第 １ 期
２０ Ｏ７年 ３ 月
纤
维
复
合
材
料
Ｎｏ １ ４１ ． Ｍａ ． ２ ０ ｒ ，Ｏ ７
田 Ｒ ００ ＩＥ ｓｒ】 】０Ｉ ［ ． ＥＳ
高性 能 氯 氧镁 复 合 材 料研 究
刘雄 亚 晏 石 林 刘 宁 ， ，
直是 低 水平上 徘徊 ， 度 只有 ４ ８ ａ软 化系数 强 ０ ０ＭＰ ， ０３ ０６ 而且 不 耐 水 、 卤、 霜 和 不 耐 久 ， 去 ．５— ．， 返 起 失 用户 的信 任 。本 文 从 原 材 料 选 择 、 方 改 进及 生产 配
含量 （ ％） １． ３． Ｏ３ Ｏ∞８ Ｏ０１ Ｏ０ Ｏ０５ ５ ． １９ ８ ３８ ９ ． ５ ． ．６ ．６ ．０ ２９ ３
Ａ Ｔ ＧＴ Ｔ ｉ ａ ｅ ｓａ ｃ ｅ ｉｈｐ ｒ ｍｌ１ｅｍａｎ ｓ ｍ ｘｃ ｌｒ ｅｃｍｐ ｓ ｅ ｒｍ ｈｏｉｇｒｗ ｍａｅｉｌ ａ ｄｐ ｒ ｒ ＢＳ ＲＡ ｈｓｐｐ ｒｒ ｅｒｈ ｓｈｇ ｅｆ ａｃ ｅ ０ ． Ｊ ｇ ｅｉ ｏｙ ｈｏｉ ｏ ｏｉ ｓｆ ｕ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏｓｎ ａ ｔｒ ｓ ｎ ｅｆ － ａ ｏ
２ 原材料与性 能测试 分析
２ １ 原材 料选择 ．
表 １ 国内几家工厂 无机玻璃钢性能
氯 氧镁 复 合 材料 的原 材 料 主要 是 氧 化镁 ， 化 氯 镁、 外加 剂 （ 改性剂 ） 玻璃 纤维 等 。 和 １氧化 镁 ， 国氧 化镁 贮 量 占世 界 总 贮 量 的 １ ） 我 ／
试验 分物 理力 学性 能 和微观 结构 两部 分 。 １物 理 力学性 能试验 ） 试 验采 用玻 璃纤 维 增强 塑料 国家 ８ ５年标 准 ， 软 化 系数 采用 Ｊ Ｃ一６６ １９ ４ ．９６行业 标 准 。
合技术 ， 使氯氧镁 复合材料在工程结构中获得实用 价值 ， 我们称为高性能氯氧镁复合材料。
ＬＩ Ｘｉｎ Ｕ ｏ ｇ— ｙ ‘ ＹＡＮ ｈ — ｌ ‘ ＬＩ Ｎｉ ｇ ａ． Ｓ ｉ ｉ ， Ｕ ｎ ￣ ｎ
（ ． Ｈ ｎＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｔｃｎｌ ｙ Ｗｕ ａ ４ ０ ７ １Ｗｕ ａ ｎ ｅ ｉ ｆ ｅｈｏ ｇ， Ｈ ｎ ３００）（ ． ｉａ ｇａ ｎ ｅｓｙ ｖ ｓｙ ｏ ２ Ｂｍ ｉ ｈｍ Ｕ ｉ ｒｔ） ｎ ｖ ｉ
２２ 测试 结 果 ．
工艺控制等方面进行研究 ， 改变 了氯氧镁复合材料 基体的晶体结构 ， 强度达到 １ １０ Ｐ ， １ ７ ａ软化系数 ０ Ｍ 达 ０８ — ． ， ． ０９ 能耐水 ， ４ ４ 不返卤、 不起霜和防老化等，
同时 还解 决 了无 机玻 璃 钢和 聚酯 玻璃 钢 的湿态 再复
ｎａ ｃ ｎ ｌｓｓｅｃ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｓｗ ｔ ｏ ｌｎ ｅ ａ ａｙ ｉ ｔ ，ｎ ｏ ａ ｅ ｉ ｃ ｍｍｏ ｇ ｅ ｉ ｍ ｘ ｃ ｌｒ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ． ｈ ｎ ｍａ ｎ ｓｕ ｏ ｙ ｈｏ ｉ ｏ ｏ ｉ ｓ ｄ ｔ
Ｋ Ｗ ＯＲＤＳ Ｍａ ｎｓｕ ｏｙ ｈｏｉｅｃｍｐ ｓ ｅ； ｇ ｅ ｏｍａ ｃ ｇ ｅｉｍ ｘｃ ｌｒ ｅｃ ｍｐｓ ｅ ；Ｉｏｇ ｎｃ兀 ＥＹ ｇ ｅ ｉｍ ｘｃ ｌｒ ｏ ｏｉ ｓ Ｈｉｈｐ ｒ ｒ ｎ ｅｍａｎ ｓ ｄ ｔ ｆ ｕ ｏｙ ｈｏｉ ｏ ｏｉ ｓ ｎ ｒａ ｉ ｄ ｔ
３ 与其 它材料性 能比较
３ １ 与 普通 氯氧镁 复合 材料 对 比 ．
（） １强度高 ， 曲强度高 ２ 倍 ， 高 曾达到 弯 ～３ 最
３玻璃 纤 维选 用 ０２或 ０４中碱玻 纤方格 布 。 ）多 ， 必需配合使用方 显效果 。品种有硅微粉、 酸亚铁 、 硫 矿维粉 、 六偏磷 酸钠 、 白粉 、 酸 树 脂 、 酸 镁 、 ３ｘ・ ６及 聚醋 涓 尿 硫 Ｋ （ Ｙ）
酸 乙烯等 。
材
料
２０ ０７越
表 ２ 物理 力学性 能试验 结果
玻璃纤维含量 （ ％）
结构 由针状变 成 了块 状 ， 而彻 底 改 变 了氯 氧 镁 复 从 合材 料 的耐水 、 返 卤 、 起 霜 和 耐老 化 性 能 ， 不 不 故称
３ Ｏ
性能指标
２ ０ ２ ５
为 高性 能氯 氧镁 复合材 料 。
３ 以上。试验选用辽宁海城产 品， 细度为 ３０目， ２ 其
化学 组成 如下 ：
２ 材 料微 观 结构 试验 ）
加入改性剂 的氯氧镁复合材料 ， 基体的微观结 构 发生 了根本 变 化 ， 微 图像 如图 １２ 显 ，。
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４ ２
纤
维
复
合