外加剂柠檬酸对硫氧镁水泥性能影响的研究_刘欢颜

第32卷第4期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） Vol.32,No.4 2016年7月 Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition) July,2016

外加剂柠檬酸对硫氧镁水泥性能影响的研究

刘欢颜，张萌，刘冰冰，彭云龙，夏东波，顾晓华，贾宏葛，杨长龙，程伟东

（齐齐哈尔大学 材料科学与工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 101006）

摘要 ：以柠檬酸为外加剂掺入硫氧镁水泥中，研究柠檬酸含量对硫氧镁水泥力学性能的影响。实验测试了硫氧镁水泥的抗折、抗压力值、抗压强度三个方面的力学性能。随着柠檬酸质量分数的增加，硫氧镁水泥试块的抗折、抗压力值、抗压强度均有所增加，并达到最大值。当超过这个最大值后，随着柠檬酸含量的增加其抗折、抗压力值、抗压强度会逐渐减小。实验结果表明，适量的柠檬酸含量对于硫氧镁水泥的力学性能有很好的改善作用。

关键词：柠檬酸；硫氧镁水泥；力学性能

中图分类号：TQ172.71 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2016)04-0038-03

目前，市面上最常见的镁质水泥材料主要是氯氧镁制品[1]，主要原料是MgO 和MgCl2・6H2O。硫氧镁水泥比氯氧镁水泥成本高、发展晚，所以对于硫氧镁水泥的相关报道与研究相对较少。氯氧镁水泥与硫氧镁水泥在许多方面的性质都相似，但以轻烧氧化镁、七水硫酸镁为主要原料的硫氧镁水泥克服了氯氧镁水泥诸多的不良之处，如体积不稳定、耐水性差、易开裂、易吸潮返卤、对金属材料有严重的腐蚀等[2]，可应用于工业、农业、建筑、建材等领域，有较好的发展前景。但由于硫氧镁水泥本身力学性能较低和成本较高的缺点，限制了硫氧镁水泥的大面积应用。对于硫氧镁水泥晶相和晶体结构知识理解的缺乏，也阻碍了硫氧镁水泥性能的研究与发展。根据文献研究，硫氧镁水泥晶相主要有5-1-3、5-1-4、3-1-4、3-1-8、1-2-3、1-2-0、1-1-5、1-3-1、2-1-2、2-1-8、2-3-5等等[3-5]。当MgO/MgSO4的摩尔比为5时，硫氧镁水泥将产生一个新的5-1-7晶相，同时硫氧镁水泥达到最大的力学强度[6]。本文制备的是晶相为5-1-7的硫氧镁水泥，采用改变柠檬酸含量和养护时间的方法来分析其对于硫氧镁水泥的抗折、抗压力值、抗压强度三种力学性能的影响，以此为硫氧镁水泥的科学研究提供参考作用。

1 实验部分

1.1 实验原料

轻烧氧化镁粉，硫酸镁（天津市天利化学试剂有限公司），柠檬酸（天津市科密欧化学试剂有限公司），自来水

1.2 实验器材及设备

40mm×40mm×160mm三联模具，电动抗折试验机（DKZ-5000型，无锡建仪仪器机械有限公司），TYE-300型压力试验机（无锡建仪仪器机械有限公司），电子天平BS223S（北京赛多利斯仪器系统有限公司），JJ-1精密定时电动搅拌器（金坛市荣华仪器制造有限公司），硫酸镁水泥的形态采用扫描电子显微镜（SEM，Hitachi S-4300）来观察。硫氧镁水泥的晶体结构采用Bruker D8衍射仪来进行X射线衍射（XRD）测试，扫描步长为0.1°。

1.3 实验步骤

通过普通水化反应法[7, 8] 测得轻烧氧化镁粉的活性为63%。称取一定质量的硫酸镁固体，置于烧杯中，加水搅拌溶解成硫酸镁水溶液，加入一定量的柠檬酸，继续搅拌至其完全溶解，形成均匀的混合溶液。称取一定质量的轻烧氧化镁粉，边搅拌边缓慢加入混合溶液中，完全加入后，快速搅拌10min后将均匀的水

收稿日期：2016-03-11

基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（201510221020，201510221043）；齐齐哈尔大学青年教师科研项目（2012k-Z02）；齐齐哈尔市科学技术计划项目（GY2D2013010）

作者简介：刘欢颜（1995-），女，天津市人，大学本科，主要从事无机非金属材料方面的研究，8091540346@。

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泥浆倒入三联模具中，震荡1min，保鲜膜密封，常温下1d 后脱模，脱模后将水泥石块装入密封袋中，常温养护至7d和55d龄期，测其力学性能。

2 结果讨论

图1为柠檬酸掺量为0.3%的硫氧镁水泥样品在第7天的扫描电镜照片。由图中可以看出晶相为均匀的针状型晶体，这是碱式盐水化物的晶体。晶体的直径只有0.5~1µm，长度为20~50µm。

图2为柠檬酸掺量为0.3%的硫氧镁水泥样品在第7天的XRD图。根据文献[10]，可以判断生成的硫氧镁水泥的晶体是5-1-7晶相。

图1 柠檬酸含量为0.3%的硫氧镁水泥SEM图 图2 柠檬酸含量为0.3%的硫氧镁水泥XRD图

为了研究柠檬酸的掺杂含量对硫氧镁水泥力学性能的影响，对实验样品进行了抗折、抗压力值和抗压强度的测试。实验结果表明，不添加外加剂柠檬酸的硫氧镁水泥石块在养护的7d内会产生裂纹，无法测其力学性能。而加入柠檬酸的硫氧镁水泥试块稳定，在空气中不发生开裂现象。图3为不同柠檬酸含量在7d和55d的抗折能力。从图中可见，在养护时间为第7d和55d时，柠檬酸质量分数同为0.5%时的硫氧镁水泥抗折能力最强，分别为8.27MPa和8.54MPa。

图4为不同柠檬酸含量在养护时间为7d和55d的抗压力值。从图中可见，养护为7d时，柠檬酸含量为0.7%的硫氧镁水泥抗压力值最大，为56.7kN；养护55d时，柠檬酸含量为0.6%的硫氧镁水泥抗压力值最大，为66.5kN。图5为不同柠檬酸含量在养护时间为7d和55d的抗压强度。从图中可见，养护7d的时，柠檬酸含量为0.7%的硫氧镁水泥抗压强度最大，为35.45MPa。养护55d时，柠檬酸含量为0.6%的硫氧镁水泥抗压强度最大，为41.6MPa。

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增加，硫氧镁水泥的力学性能都是先增大各自达

到一个最大值后，再降低。这表明了加入外加剂

柠檬酸后生成的5-1-7晶相是硫氧镁水泥强度的

主要原因。逐渐增加柠檬酸含量，硫氧镁水泥会

产生更多的针状晶体，这些针状晶体互相咬合，

形成晶体网络，这是硫氧镁水泥力学性能逐渐提

高的原因。很显然，当柠檬酸含量超过一定的值

后，硫氧镁水泥的力学性能反而会有些降低，这

应该是由于过多柠檬酸的含量影响了硫氧镁水泥

的晶体结构，下一步要具体研究这方面的原因。

通过大量的制备和测试实验，硫氧镁水泥的

制备工艺会较大影响其力学性能。如水泥中气泡

相同，来减少制备工艺上对硫氧镁水泥力学性能的影响。

硫氧镁水泥力学性能的抗折、抗压力值、抗压强度会随柠檬酸含量的增加而逐渐增大达到最大值，随后随着柠檬酸含量的增加，硫氧镁水泥力学性能反而会降低。通过以上力学性能的测试和数据分析，外加剂柠檬酸的含量在0.5%~0.7%之间时，获得最佳的硫氧镁水泥力学性能。

参考文献：

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[7] 马铭彬.氯氧镁水泥制品的特性及改性途径[J].广西工学院学报,1996,7(2): 65-69

[8] 魏本高,陶志文,杨秉智.玻璃纤维氯氧镁水泥通风管道的安装[J].安装,2001(6):18-20

Study on the properties of magnesium oxysulfate cement with different citric acid contents LIU Huan-yan，ZHANG Meng，LIU Bing-bing，PENG Yun-long，XIA Dong-bo，

YANG Chang-long，JIA Hong-ge，CHENG Wei-dong

（College of Materials Science and Engineering, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006, China）

Abstract: The influence had been investigated on the mechanical properties of magnesium oxysulfate cement with different citric acid contents. The bending, anti-compression value and anti-compression intensity of the magnesium oxysulfate cements were been tested. The mechanical properties of the three aspects of magnesium oxysulfate cements increased with the increase of the citric acid content and reached a maximum value, respectively. When exceeding the maximum the mechanical properties decreased with the increase of citric acid content. The experimental results showed that a proper amount of citric acid had a very good improvement in the mechanical properties of magnesium oxysulfate cement.

Key words: citric acid; magnesium oxysulfate cement; mechanical property