柠檬酸对硫氧镁水泥改性作用_郑直

耐水性差、易开 裂、易 吸 潮 返 卤 等 缺 点［３］，制 约 其 发展应用。研究 表 明，当 轻 烧 氧 化 镁 质 量 控 制 为
１ 实 验
七水硫酸镁 溶 液 （溶 液 波 美 度 为 ２５．５）的 １．８ 倍 １．１ 原料配合比
时，制 备 的 硫 氧 镁 水 泥 掺 入 硼 酸、柠 檬 酸、磷 酸 三
图 ２ 柠 檬 酸 对 终 凝 时 间 的 影 响
２．２ 柠 檬 酸 质 量 分 数 对 抗 折 、抗 压 强 度 的 影 响 如图 ３、图 ４ 所 示，掺 入 柠 檬 酸 以 后，镁 水 泥
第４期
郑 直 ，等 ：柠 檬 酸 对 硫 氧 镁 水 泥 改 性 作 用
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的力学强度 有 很 大 的 提 高。 未 加 柠 檬 酸 时，试 件 ２８ｄ 抗 折 、抗 压 强 度 只 有３．９７、３２．５２ ＭＰａ。 加 入 柠 檬 酸 后 强 度 大 幅 度 提 高，柠 檬 酸 质 量 分 数 为 １．３％ 时，镁 水 泥 的 ２８ ｄ 的 抗 折 强 度 高 达 为 １２．４９ ＭＰａ，抗压强度也可达 ６０．６８ ＭＰａ，显示出 良好的强度性能。
收 稿 日 期 ：２０１２－０４－１４；修 回 日 期 ：２０１２－０６－２８ 作 者 简 介 ：郑 直 （１９８７－ ），男 ，安 徽 蚌 埠 人 ，合 肥 工 业 大 学 硕 士 生 ；
詹 炳 根 （１９６４－ ），男 ，安 徽 庐 江 人 ，博 士 ，合 肥 工 业 大 学 教 授 ，硕 士 生 导 师 ．
柠檬酸对硫氧镁水泥改性作用
郑 直１，２， 詹 炳 根１，２
（１．合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 ２３０００９；２．安徽土木工程结构与材料省级实验室，安徽 合肥 ２３０００９）
摘 要：为了改善和提高硫氧镁水泥 的 基 本 性 能，在 硫 氧 镁 水 泥 中 掺 入 柠 檬 酸，文 章 研 究 了 柠 檬 酸 对 硫 氧 镁 水泥力学性能和耐久性能的影响规律。结果表明，柠檬 酸 可 延 缓 硫 氧 镁 水 泥 的 凝 结 时 间 ，提 高 硫 氧 镁 水 泥 的 强 度 ，有 效 抑 制 硫 氧 镁 水 泥 的 收 缩 ，提 高 镁 水 泥 耐 酸 碱 腐 蚀 能 力 ，对 硫 氧 镁 水 泥 具 有 很 好 的 改 性 作 用 。 关 键 词 ：柠 檬 酸 ；硫 氧 镁 水 泥 ；耐 久 性 能 中 图 分 类 号 ：ＴＱ１７７．５ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００３－５０６０（２０１３）０４－０４６１－０４
Ｋ
＝
Ｒｅ Ｒ０
×１００％
（２）
其中，Ｒ０ 为试件浸 水 前 的 强 度 指 标；Ｒｅ 为 试 件 浸
水 ２８ｄ 后 的 强 度 指 标 。
（５）耐酸 碱 腐 蚀 性 能 试 验。 养 护 ２８ｄ 的 试
件，一部分试件测试其抗压、抗 折 强 度 Ｐ０，另 一 部
分 试 件 分 别 在 质 量 分 数 为 ５％ 的 盐 酸、硫 酸、
ＮａＯＨ 溶 液 中 浸 泡 ２８ｄ 后，测 量 其 腐 蚀 后 的 抗 压、抗折强 度 Ｐｅ，用 水 泥 试 件 的 强 度 保 留 率 ΔＰ 表 征 硫 氧 镁 水 泥 的 耐 酸 碱 腐 蚀 性 能 ，即
ΔＰ
＝
Ｐｅ Ｐ０
×１００％
（３）
２ 试 验 结 果 与 分 析
２．１ 柠 檬 酸 质 量 分 数 对 凝 结 时 间 的 影 响 如 图 １、图 ２ 所 示 ，当 柠 檬 酸 掺 量 小 于 ０．８％ ，
我国蕴含丰 富 的 菱 镁 矿 资 源，为 硫 氧 镁 水 泥 的广泛应用提供了丰富的原材料 。 ［１］ 硫氧镁 水 泥
硫 柠 镁 水 泥 ，具 有 较 低 热 膨 胀 性 、不 易 变 形 、弯 曲 、 不吸潮返卤及不泛霜等优良性能。目前针对柠檬
是由轻烧氧 化 镁 （ＭｇＯ）和 一 定 浓 度 的 七 水 硫 酸 酸与硫氧水泥耐 久 性 的 研 究 很 少，本 文 通 过 试 验
试验配合比 为 氧 硫 比 为 １．７（轻 烧 氧 化 镁 与 七水硫酸镁 溶 液 的 质 量 之 比），水 硫 比 为 １（自 来 水或蒸馏水与 七 水 硫 酸 镁 晶 体 的 质 量 之 比）。 固
定 氧 硫 比 和 水 硫 比 不 变 ，单 一 改 变 柠 檬 酸 用 量 ，其
取 值 范 围 为 ０～２．３％ 。 １．２ 实 验
柠檬酸的缓凝 作 用，在 于 其 形 成 一 层 可 以 抑 制水泥石发生水 化 反 应 的 保 护 膜 层，阻 碍 了 水 分 的 自 由 流 动 ，延 缓 了 镁 水 泥 的 水 化 进 程 ，使 镁 水 泥 的初期水化速度减慢，延长凝结时间 。 ［８］
图 １ 柠 檬 酸 对 初 凝 时 间 的 影 响
称取试验所需材料，先将柠檬酸倒入量取完毕
的 水 中 直 至 完 全 溶 解 ，再 将 七 水 硫 酸 镁 晶 体 倒 入 水
中搅拌至完全溶解形成均匀的硫酸镁水溶液，一边
慢速搅拌 ，一 边 加 入 轻 烧 氧 化 镁 ，待 轻 烧 氧 化 镁 加
入 完 毕 后 ，快 速 搅 拌 ５ ｍｉｎ形 成 均 匀 的 胶 凝 材 料 浆 体。将制备好的水 泥 浆 体 浇 注 入 ４０ ｍｍ×４０ ｍｍ ×１６０ｍｍ 的 三 联 模 中，振 动 台 上 震 动 ６０ｓ后 抹 平，置于恒温中密封养护 １ｄ后 脱 模，继 续 在 恒 温 （温度２５ ℃）条件中密封养护至２８ｄ龄期。
测量试件的长度。试件的形变率为：
Ｓ
＝
Ｌｅ
－Ｌ０ Ｌ
×１００％
（１）
其中，Ｓ 为 试 件 养 护 至 ２８ｄ 的 形 变 率；Ｌｅ 为 试 件 养护至 ２８ｄ 的 长 度 测 量 值；Ｌ０ 为 试 件 的 初 始 长 度；Ｌ 为试件的有效长度，本试验取１５０。
（４）耐 水 性 能 试 验 。 本 试 验 采 用 软 化 系 数 来 表征硫氧镁水泥的耐水性，试件养护至 ２８ｄ龄期 后，一部分测试抗压、抗折强 度 Ｒ０；另 一 部 分 放 置 水 中 浸 泡 ２８ｄ 后 ，擦 去 表 面 水 份 ，测 试 抗 压 、抗 折 强度 Ｒｅ，其耐水软化系数 Ｋ 为：
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｍｉｘｉｎｇ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｃａｎ ｄｅｌａｙ ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ， ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ａｃｉｄ ａｎｄ ａｌｋａｌｉ ｒｅｓｉｓｔ－ ａｎｃｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ．Ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ；ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｏｎ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｙｓｕｌｆａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ
ＺＨＥＮＧ Ｚｈｉ １，２， ＺＨＡＮ Ｂｉｎｇ－ｇｅｎ１，２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｎｈｕｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
试验 原 料 为 轻 烧 氧 化 镁 （ＭｇＯ），分 子 量
钠后，试件具有较好的耐久性能，经着色试验验证 ４０．２３，工业级，生 产 厂 家 为 辽 宁 海 城 永 振 氧 化 镁
无返卤现象 发 生 。 ［４］ 文 献 ［５］提 出 掺 入 柠 檬 酸 的 厂。七 水 硫 酸 镁 （ＭｇＳＯ４ · ７Ｈ２Ｏ），分 子 量
第３６卷 第４期 ２０１３ 年 ４ 月
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１３．０４．０１７
Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１３
曲线较陡，初凝时 间 随 柠 檬 酸 质 量 分 数 的 增 加 也 快速延长；当质量分数 超 过 ０．８％ 时，曲 线 相 对 平 缓 ，初 凝 时 间 增 长 的 速 度 有 所 减 慢 ；当 柠 檬 酸 质 量 分数超过１．８％ 时，柠 檬 酸 初 凝 时 间 又 随 着 柠 檬 质量分数的增加而迅速增长。镁质水泥的终凝时 间随柠檬酸质量分数的变化趋势与初凝时间的变 化趋势极其 相 似，在 柠 檬 酸 质 量 分 数 低 于 ０．８％ 和高于 １．８％ 时，曲 线 较 陡，终 凝 时 间 变 化 快，掺 量在 ０．８％ ～１．８％ 的 范 围，曲 线 还 是 相 对 平 缓 的 ，增 长 速 度 放 慢 。 试 验 数 据 表 明 ，镁 水 泥 的 初 凝 时 间 和 终 凝 时 间 相 对 比 较 接 近，相 差 ５５～ ９５ｍｉｎ，达到初凝 后 不 久 便 终 凝。 柠 檬 酸 用 量 越 多 ，胶 凝 材 料 凝 结 时 间 越 长 ，为 保 证 合 理 的 凝 结 时 间 ，柠 檬 酸 质 量 分 数 不 宜 过 高 。
镁（ＭｇＳＯ４ ·７Ｈ２Ｏ）水 溶 液 组 成 的 ＭｇＯ· Ｍｇ－ ＳＯ４·Ｈ２Ｏ 三元胶凝体系 。 ［２］ 硫氧 镁 水 泥 远 不 及 氯氧镁水泥应用 广 泛，但 传 统 的 氯 氧 镁 水 泥 有 着
测试硫氧镁水泥 的 耐 久 性 能 和 基 本 力 学 性 能，结 合微孔孔隙分析 试 验 方 法，初 步 分 析 柠 檬 酸 对 硫 氧镁水泥的作用规律。
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合Leabharlann Baidu肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第 ３６ 卷
２４６．４７，工 业 级 ，生 产 厂 家 为 运 城 市 盐 湖 区 智 信 化 工物 资 有 限 公 司。 柠 檬 酸 （Ｃ６Ｈ８Ｏ７ ），分 子 量 １９２．１４，化 学 纯 ，生 产 厂 家 为 无 锡 市 展 望 化 工 试 剂 有限公司。试验用水为自来水或蒸馏水。
当加入柠檬酸 后，抗 折 强 度 和 抗 压 强 度 明 显 会大幅度提高，当柠檬 酸 掺 量 低 于 １．３％ 时，镁 水 泥的抗折、抗压强 度 会 随 着 柠 檬 酸 掺 量 的 增 加 而 增大，当超过１．３％这个临 界 值 时，随 着 柠 檬 酸 质 量分 数 的 增 加，镁 水 泥 的 抗 折、抗 压 强 度 反 而 下 降，与抗压 强 度 相 比，２８ｄ 抗 折 强 度 下 降 的 程 度 更明显。柠檬酸 用 量 并 不 是 越 多 越 好，过 量 柠 檬 酸的掺入反而使镁水泥强度下降。
（１）凝结时间 试 验。 借 鉴 文 献 ［６］测 试 水 泥 初凝时间和终凝时间。
（２）强度性能 试 验。 参 照 文 献 ［７］测 试 硫 氧 镁 水 泥 试 件 的 抗 折 、抗 压 指 标 。
（３） 变 形 性 能 试 验。 试 件 采 用 规 格 为 ２５ｍｍ×２５ｍｍ×１６０ ｍｍ 的 试 模，两 端 带 有 测 头，试件成 型 后 养 护 １ｄ 后 脱 模，测 量 其 初 始 长 度 ，继 续 在 恒 温 室 中 密 封 养 护 至 相 应 测 试 龄 期 ，并