菱镁水泥研究综述

氯氧镁水泥研究课题综述
1．氯氧镁水泥组成及理化性质概述
1.1成分
氯氧镁水泥也称sorel水泥，菱苦土水泥或镁水泥，是法国人sorel于1867年发明的。

是用具有一定浓度的氯化镁水溶液与活性氧化镁粉调配后得到的镁水泥石。

活性
）经750~850℃高温燃烧后磨细而成，主要化学氧化镁（菱苦土）是用菱镁矿（MgCO
3
成份为MgO。

氯化镁俗称卤片或卤块，是产盐区的副产品，易溶于水。

由于镁水泥具有凝结硬化快、强度高、成型工艺简单等诸多特点，长期以来，人们对这种材料及其使用途径做了很多的研究和实验，意在进一步有效的开发利用。

1.2相组成
活性氧化镁、氯化镁和水在常温下的水花反应产物中，其相组成为氢氧化镁、氯化镁和水按3：8：1或者5：8：1组合，称作318相和518相。

一般认为，518相的强度比较高。

1.3 理化特性
氯氧镁水泥是一种气硬性材料，只有在空气中才能凝结硬化，如果接触水分则不能硬化。

其成型养护温度为20~25℃。

氯氧镁水泥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。

具有弱碱性和低腐蚀性。

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。

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。

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。

阻燃性优良。

MgO、MgCl
2
都是不可燃的,且制品水化物中大量结晶水都能阻止点燃。

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。

2.氯氧镁水泥存在的主要问题
氯氧镁水泥具有吸潮、返卤、返霜、变形、耐水性差等缺陷。

由于MgCl
2掺量的不同，成品镁水泥将会有不同的特征，可见MgCl
2
对于镁水泥性质
的影响是非常大的。

（1）若MgCl
2掺量不足，无法使足够的Mg（OH）
2
进入晶体中，而
在表面沉淀堆积，形成“白霜”，称为“返霜现象”。

（2）若MgCl
2
掺量过多，过量部分会因其吸水特性而吸收空气中的水分，从而在表面形成露状水滴，称为“返卤现象”。

氯氧镁水泥在空气中会吸湿，且本身耐水性较差。

有实验数据表明，未经改性处理的氯氧镁水泥在达到28天强度以后，分别在水中浸泡2个月和3个月，其强度最终将会降低78%和82%，而且会继续降低。

可见耐水性差是氯氧镁水泥最突出的问题。

氯氧镁水泥中MgCl
2
组分含有Cl-离子，其含量是普通硅酸盐水泥中的30倍以上。

由于Cl-对钢筋有很强的腐蚀性，同时氯氧镁水泥内部为低碱性环境，故普通钢筋埋入镁水泥1天以内就会发生严重锈蚀，锈蚀的钢筋表面生成的铁锈为多孔结构，各种离子均可以进入。

同时，由于生锈使得钢筋体积膨胀，使得混凝土产生裂缝，增加了氧气进入的孔道，使得腐蚀越来越严重。

7天以后钢筋端部有锈水、交界面腐蚀更为严重，大大降低钢筋的承载力和塑性。

由于这一缺陷，氯氧镁水泥一直无法再建筑工程中推广应用。

此外，当配合比和水灰比不当时，镁水泥的强度、和易性等方面亦会出现问题。

3.克服氯氧镁水泥存在问题的一些途径
3.1 调节适当的配合比、水灰比
一般来讲，为了使得镁水泥成品具有较好的强度和和易性，在配制过程中选用合适的配合比和水灰比是必要的。

配合比方面，可以参照国标进行选择，但是应该考虑实际参水化与反应的MgO（即活性MgO）的量来制作配比。

以518相为例，其MgO/ MgCl
2的摩尔比一般在4~6之间，根据辅料的选用情况不同而不同。

合理的配合比不仅能获得较好的强度效果，而且对返卤、返霜现象也有很好的抑制效果。

配制过程中的水灰比也是一个很重要的参数。

如果水灰比过大，水分含量过多，易形成浆体离析泌水，孔隙率上升，从而使得成品强度下降；水灰比过小，水分不足，和易性就会变差，从而增大施工难度。

为了同时满足强度和和易性要求，通常会加入减水剂。

而减水剂在解决镁水泥其他问题方面也有较明显作用，将在下文提及。

3.2 外加剂的使用
为了得到具有优良工程力学性质的镁质水泥材料，克服材料本身缺陷，通过填加具有不同功能的外加剂，对镁质水泥进行改性，具有决定性的作用。

抗水剂等外加剂可以改善镁质水泥抗水性，提高在潮湿环境中耐久性，保持力学强度不丧失；
加入含有有机聚合物以及Fe3+，Al3+，PO
4
3-成分的复合外加剂。

其中的离子成分可
以取代部分MgCl
2，增大MgCl
2
溶解度，并与Mg(OH)
2
生成难溶物，填充空隙，改变结晶
状态，使得强度和耐水性都有所提高。

而有机成分则可以在硬化过程中在气孔里形成丝状薄膜，填充孔结构，提高韧性和密实度；薄膜层还有一定保水性，促进后期水化和晶体增长。

加入减水剂可以提高成品强度，改善和易性，同时在降低吸水率方面效果显著，可以大大改善水稳定性。

参考文献中给出的是树脂减水剂。

另外，加入某些具有特殊效果的外加剂，可以在以下方面改善镁水泥：
（1）降低反应热。

镁质水泥石相形成过程的化学反应是强放热反应，特别是集中在早期放热量尤为大，反应一天放出的热量约为全部放热量的60%~70%。

添加外加剂可以降低反应速度，降低集中释放反应热，改善制品的热变形性；
（2）减少镁水泥材料膨胀性。

在形成518反应产物过程中，其体积是一个膨胀过程。

加入外加剂后，可与镁水泥组分形成体积收缩产物，以抵消518形成过程的膨胀性，改善制品的变形性。

综合来考虑，在外加剂的成分上，用于抗水、补偿膨胀、加气、着色的外加剂，多使用无机酸、无机盐、某些金属单质或其氧化物。

用于抗水、防潮、调节反应热、引泡、消泡的外加剂，多使用某些有机酸、水溶性树脂和一些表面活性剂。

此外，具有疏水性的外加剂，通常都会抑制返霜现象的产生，但是会抑制强度的发展。

3.3 加入植物或化学纤维
制造菱镁轻质板材时，可加入稻草粉、纸筋等纤维材料,满足减重要求，提高抗冲击、抗折性，减少因温度和湿度控制不当引起微小裂缝以及翘曲变形等。

加入活性填料，如滑石粉、硅藻土等，可以改善外观质量、提高成品强度。

3.4 表面处理法
这一方法主要是针对抗水、抗潮性能的提高。

加拿大学者发明了浸渍硫工艺，把溶化的硫磺浸入镁水泥内部空隙内，然后凝固，就会使得硫均匀分布到镁水泥石的空隙网中，提高其整体疏水性；另外，根据文献提供的资料，在实验室里制备氯氧镁水泥试块，同时在模具表面依次涂刷含有脱模剂的聚酯薄膜、胶衣树脂、不饱和树脂以及钛酸偶联剂层。

树脂为疏水材料，阻隔了空气中水分与镁水泥表面的接触。

同时，添加钛酸偶联剂层使得整个聚酯包覆层附着力大大增加。

3.5 防止镁水泥腐蚀钢筋的一些方法
根据复合材料理论，可以把镁水泥石分为三个区域：
（1）基体材料，即镁水泥石，提供腐蚀介质；
（2）界面区，是发生化学反应的场所；
（3）增强材料，即钢筋，其不均匀性是腐蚀发生的内在根源。

从镁水泥材料内钢筋的腐蚀机理，作者认为防止钢筋腐蚀的对策也可以从这三个
区域入手，改变三个区域的性质即可实现抑制钢筋腐蚀的目标。

（一）改变镁水泥石的性质，组织氯离子的破坏作用。

可以在镁水泥内掺加阻锈剂来防止电化学腐蚀。

这种方法的可行性依然有待研究。

（二）钢筋表面施加防腐涂层，改变界面区接触方式。

实践证明，用不腐蚀的材料覆盖钢筋是主要的抑制腐蚀的方法。

钢筋涂层材料主要有两类：金属涂
层和非金属涂层。

第一类涂层：金属涂层，多为锌、铜、镉、镍和铅，其
中锌由于低廉的价格被较多应用。

第二类涂层：非金属涂层，常用环氧树
脂、聚酯树脂和环氧沥青漆等。

这类涂层的附着力较强，且有良好的绝缘
效果，因此实际应用中效果要比锌涂层好。

（三）改变钢筋的成分，发展新型不锈钢。

4.氯氧镁水泥的国内外应用发展
经过国内外学术界的长期研究，通过掺加复合抗水外加剂已经解决了长期抗水性问题，通过钢筋表面涂覆防腐涂层已经解决了钢筋锈蚀问题，通过控制产品配合比和氯化镁的杂质含量，大大减轻了吸潮返卤的可能性，通过掺加矿物填料等技术手段可以使变形降低80％，因而氯氧镁水泥制品在建筑建材和木材节约等领域得到了广泛的应用。

4.1 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。

俄罗斯以菱镁水泥为基料生产墙体材料，其形式一方面为砖制品，按最小强度7.5MPa设计生产，另一方面为砌体，按最小抗压强度5MPa设计生产。

奥地利建设了氯氧镁水泥刨花板的生产线，生产线生产的板材具有强度高，抗冲击性好和防火、隔音性能，除用作隔墙板外还可以代替模板，混凝土拆模后作贴面板用。

另外，荷兰的Eitomation公司，日本的英田公司、积水化学工业公司，德国的weiler cmbh公司、Vollrath cmbH公司，西班牙的Herrando IndustrialS.A公司以及意大利的VorterHydraS.R.L公司等，都是以生产氯氧镁板材制品为主的世界著名大企业。

其成功之处在于原料稳定，配方合理，工艺配套完整。

4.2 国内应用状况
我国氯氧镁水泥产品起步于20世纪50年代。

因该产品成本低廉，制作简便，曾一度掀起“菱苦土热”。

但当时只做门窗框，包装箱底座等简易产品，且此后由于质量问题一度被冷落。

80年代，我国将“镁水泥开发研究”列为“七五”国家重点科技攻关项目。

对氯氧镁水泥的水化动力学、微观结构、MgO的性能测定、外加剂的作用等一系列课题进行了攻关，取得了大量的科研成果。

这些科研成果不仅丰富了氯氧镁水泥的基础理论，而且对改善氯氧镁制品的抗水性、易翘曲变形、返卤返霜等问题提供了理论依据，对生产实践和实际应用具有十分重要的指导意义。

氯氧镁水泥制品以其优良性能，可以作为木材、水泥、砖瓦、金属等多种材料的代用品，目前国内的菱镁制品主要有以下几类。

（1）代木材料
常用做代木包装箱框架，镁水泥做包装用时，运输整体性好，不易散漏，并且防火、防腐、防虫害，价格低。

据悉，1t菱苦土相当于1m3木材，其价格比木材低23%，而我国每年包装用木材耗量为500万m3，使用氯氧镁水泥材料做包装，每年可节约20多万m3木材。

还可加工成代木门窗框、粮仓、装饰复合板等。

我国的森林覆盖率只有14%，远低于世界25%的平均水平，国家严格限制森林资源的砍伐开采，代木材料已成为发展的大方向。

菱镁代木材料的开发利用，对我国这样一个森林资源缺乏的国家来说有很大的经济意义，如果部分或全部取代，所节省的优质木材少则几十万m3，多则几百上千万m3，对保护森林、改善生态环境也是十分有益的。

（2）玻镁平板
以菱镁胶凝材料为粘结剂，外加改性剂，以改性中碱或无碱玻纤网布为增强材料，轻质材料为填料复合而成。

其标准尺寸为1 220mm×2 440mm×(3～12)ｍｍ，具有环保、不燃、高强轻质、隔音保温、不冻不腐等优点，可有效地克服石棉板、石膏板吸水率高，遇湿制品变形及强度降低等弊病，是室内装饰的理想换代产品。

近几年，玻镁平板在我国特别是长江以南地区以及台湾、东南亚等多雨潮湿地区得到广泛应用。

（3）改性镁质复合材料检查井盖
目前城市里的污水清淤井、自来水、电信等设施的检查井所用的井盖大部分是铸铁井盖。

但近年来，各地铸铁检查井盖被盗以及被重型汽车压碎的现象时有发生，如
不及时补加或更换新井盖将严重影响交通和人身安全。

因此相继出现了很多代用品，如玻璃钢井盖、聚酯混凝土井盖和钢筋混凝土井盖等，但这些井盖不同程度存在造价高、强度低、易老化、耐久性差等问题。

而新型改性镁质复合材料检查井盖韧性好、承载力高、耐磨、耐老化，还克服了被盗的问题，是传统铸铁井盖的理想替代产品。

（4）玻纤增强改性氯氧镁通风管道
我国目前的公共建筑、高层住宅楼、工业厂房及人防工程所用的通风及空调工程的管道基本上采用无机玻璃钢或铁皮制成。

以前采用的无机玻璃钢通风管道存在不防火的弊病，已禁止使用。

铁皮管道的主要缺点是在潮湿的环境下不耐腐蚀，使用寿命短，易产生共振及噪音大；而普通的未经改性的无机玻璃钢风管耐水性差，易吸潮返卤降低使用寿命。

玻纤增强改性氯氧镁通风管道又称改性无机玻璃钢通风管道，通过调整生产配方及改性剂的加入，从根本上提高通风管道的质量，延长使用寿命。

其他的改性菱镁产品还有路面砖，复合地板砖，蔬菜种植大棚骨架，波形瓦，电缆桥架高速公路箱梁内模，屋面板，仿瓷浴缸，防火浮雕门等。

（5）青海盐湖地区氯氧镁水泥研究进展
由于普通硅酸盐水泥耐腐蚀性较低，长期以来，盐湖地区建筑物所用混凝土受到盐湖腐蚀作用严重。

而青海盐湖提钾过程会产生大量副产品——水氯镁石，客观上为高耐腐蚀氯氧镁水泥的大量应用提供了条件。

上世纪80年代起，国家将“镁水泥开发研究”课题列入了国家级“七五”重点科技攻关项目“青海盐湖提钾及综合利用研究”项目，创造出大量的重要研究成果，带来了全国氯氧镁水泥行业10多年的繁荣与发展，当前，行业产值已经超过了200亿元，在节能节资减排等方面发挥的作用愈来愈重要，为了解决当前制约行业发展的一些关键性技术问题，氯氧镁水泥的基础理论研究又重新受到了我国政府部门的高度重视，设立了一些重要的科研项目，其中包括国家“七五”重点科技攻关项目“利用青海盐湖提钾及综合利用研究”等。

6.参考文献
[1]王英姿等，《浅谈氯氧镁水泥制品的性能及发展状况》；
[2]刘普清等，《氯氧镁水泥制品的缺陷防治》，通用技术市场；
[3]赵方冉等,《氯氧镁水泥符合混凝土性能实验研究》，材料与应用，1/2006；
[4]叶若柏，《不饱和聚酯包覆对改性镁水泥抗水、抗潮的影响》，福建建材，2007；
[5]孔庆江，《利用新型外加剂改善镁水泥制品性能》，化学工程师，Sum 104 No.5，5/2004；
[6]金育辉等，《外加剂对氯氧镁水泥抗水性能的影响》，吉林建材，2/2002；
[7]余红发著，《氯氧镁水泥及其应用》，中国建材工业出版社；
[8]吴金焱等，《氯氧镁水泥及其制品的研发进展》，中国非金属矿工业导刊，1/2006。