论实践中氯氧镁水泥制品的科学生产方法

1、论实践中氯氧镁水泥制品的科学生产方法作者：涂料胶粘技术研究网冬阅读次数：277次更新时间：2008-03-12 10:48:55氯氧镁水泥又称为Sorel水泥，它是Sorel先生于1876年发明的。由于我国的氯氧镁水 泥资源非常丰富，所以我国政府非常重视。“七五”计划期间，我国政府投入科研资金逾千万元， 由中国科学院主持，组织了中科院青海湖研究所，北京化学所，上海硅酸盐所，武汉工业大学等 科研单位进行了联合攻关，历时五年(19861990 )。此次攻关于1990年获得国家三部委颁发的“七五”科技攻关成果奖。此次攻关研究发表了 大量的论文，例如：可溶性磷酸盐改善氯氧镁水泥耐水性的研究，磷酸盐矿物

2、对氯氧镁水 泥的影响，氯氧镁水泥水化物形成的反应历程，氯氧镁水泥制品制品吸潮返卤原因及改 善措施，氯氧镁水泥抗水剂的技术性能及试验方法氯氧镁水泥制品起霜现象的原因及 消除方法等等，此类文章逾百篇。“七五”攻关花费了大量的科研经费、其耐水性的解决方法 没有脱离磷酸、磷酸盐、铝盐、硅灰、粉煤灰，有机硅以及某些有机物，其抗返卤性完全没有脱 离所谓的调整配比、添加金属氧化物的直接反应法，其水化产物等研究也完全没有跳出80年代 初出版的胶凝材料学以及国外早期研究的有关书籍，其所有论文和实践基本脱节。但是“七 五”攻关的成果在中国科学报上进行了非常喜人的宣传，使氯氧镁水泥应用进入了一个新高潮， 例如哈尔滨

3、现代公司贷款逾亿元，但是氯氧镁水泥制品不耐水，变形，返卤的问题像魔鬼一样缠 绕着这个公司，哈尔滨现代公司打了大败仗，还不起贷款，领导不得不离国，此事还牵连了当时 的黑龙江省政府领导。在北京氯氧镁水泥制品也出了不少问题，最典型的是虎城小区17号楼轻 质隔墙板严重变形，此事闹到北京市人大主任张健民那里。氯氧镁水泥的应用出现了很多问题， 不懂得氯氧镁水泥性能的陈福广等人，认为氯氧镁水泥是癌症，多次提案政府下文使氯氧镁水泥 板材在中国大地上淘汰。中国建筑材料科学研究院虽然没有参与氯氧镁水泥“七五”攻关，但是也有少数的科技人员 也对氯氧镁水泥及其制品进行研究。笔者是中国建筑材料科学研究院氯氧镁水泥及其制

4、品的研究 者之一，获得了 “硅镁加气混凝土空心轻质隔墙板”国家发明专利，编写了该产品的行业标准， 据不完全统计，硅镁加气凝土空心轻质隔墙板应用建筑物超过3000个，应用量超过千万平方米， 对中国氯氧镁水泥应用起到了推动作用。因为笔者几十次去矿山和建工厂，在这个过程中，大量 的积累实践实验，提高了理论水平，笔者在本文中对氯氧镁水泥制品科学生产进行系统剖析，以 供生产氯氧镁水泥制品的有关人员学习和参考。 一、氯氧镁水泥微观分析氯氧镁水泥的水化产物 氯氧镁水泥的重要组分之一轻烧氧化镁的形成是由菱镁石中的MgCO3通常在800900C锻烧发生 化学分解反应： MgCO 3MgO +CO2 t 块状菱镁

5、石在较低温度锻烧分解成轻烧氧化镁和二氧化碳，轻烧氧化镁磨成细粉后与MgCl26H2O溶液通常情况下进行下列化学反应：5MgO +MgCl2 + 13H2O5Mg(OH) 2 MgCl2 8H2O(相对高强)在低温时水化产物生成：3Mg(OH) 2 MgCl28H2O(相对次高强)在温度高于100C时水化产物生成：9 Mg(OH)2 MgCl25H2O2Mg(OH) 2 MgCl24H2O另外水化产物中还存在少量片状Mg(OH)2，氯氧镁水泥长期暴露在空气中，最终的物相组成生成氯氧碳酸镁，分子式为：主要成分：Mg(OH) 2 MgCl2 2MgCO2 6H2O次要成分：MgCO3氯氧镁水泥水化产

6、物的物理结构氯氧镁水泥基材的结构立体模型应描述为具有胶结性的大量纤维状材料和少量的片状材料聚合在一起的比硅酸盐水泥水化基材孔隙大的一种硬化体。(国外有专家认 为高强晶须机械的胶结一起)，氯氧镁水泥基材结构和硅酸盐水泥基材结构水化产物物理结 构特点表示在表1.表1、水化产物物理结构特点Type ofCementColloidal Products 0.1p )SubmicrocrytallineProducts(0.1-1p )MicrocrystallineProducts(1p )PortlandCementTobermorite gelCa(OH) 2andA13+,Fe3+and So

7、2-4Containing phasesCa(OH)2Sorel cemeng (magnesinum Oxychloride Cement)Mg (OH) cl14H02 Mg(OH) 22氯氧镁水泥优缺点分析及其解决方法氯氧镁水泥的优缺点与其反应物的性质和反应产物的性质与它们的结构有密切关系，以下用图1所示的方框图来加以说明：图1氯氧镁水泥缺点、优点及其形成原因方框图各种缺点的解决方法不耐水的解决方法氯氧镁水泥制品不耐水的原因是当水分子从基材的孔隙中进入后，Mg(OH)2由于变湿 (Mg(OH)2只有干燥强度，没有潮湿强度)，失去胶结性，虽然基材中的Mg(OH)2的量微量， 但是它浸在水中

8、时，失去胶结性的Mg(OH)2就会被水分子吸引着从基材的大孔中由内向外的 转移，氯氧镁水泥为了保持其各类水化产物的平衡，只能分解氯氧镁复盐，氯离子因为水 中电离电离的作用，慢慢的迁移到水中，周而复始，氯氧镁水泥就会完全崩溃。改造氯氧镁水泥的耐水性，特别要提到的是应该采用水硬性的阻水性的大比表面积的胶 体材料来堵孔和完全阻止Mg(OH)2的活动。使其反应产物的化学平衡保持稳定，同时防止氯 氧镁复盐这种易溶盐的氯离子在水中电离。在这里重点强调的是“阻水”的关键字和“水硬 化大比表面积胶材”包裹气硬性胶材。变形的解决办法氯氧镁水泥变形大似乎是一个不争的事实。氯氧镁水泥变形大的主要原因是水化产物的 颗

9、粒比较大，水化产物的膨胀量可达530%。另一方面因为轻烧氧化镁烧成和磨细度的原因， 水化速度比不一致，因此造成了制品的内应力比较大，使制品比较容易变形，变形的解决办 法是减少和消除制品的水化过程中由反应产物的内应力。吸潮返卤解决的办法吸潮返卤的原因是一种化学物理的综合作用，可用下述的化学反应式表示：/ H + (OH)-MgCl2 +H2O = Mg+ + 2Cl -H+(OH)-载体与氯离子作用的示意模型表示在图2.图2载体与氯化镁作用示意图 三、氯氧镁水泥制品的生产方法通过以上综述，我们可以读懂氯氧镁水泥的水化产物名称和种类，氯氧镁水泥水化产物结构 特征，氯氧镁水泥产生不耐水，变形，吸潮返

10、卤的原因，在实际生产中如何克服上述缺点呢？ 我们以硅镁加气空心轻质隔墙板等产品为例子加以说明。1.建立实验室实验室的主要设施如表2所示。表2、实验室主要设备序号设施名称规格型号数量获得方法1试验房间20平方米普通房间1间2试验桌普通木桌3个家具店3恒温箱1台医用仪器仪表商店4天平质量1g1台医用仪器仪表商店5台秤称量10Kg1台衡器商店6抗折机非标1台按图加式7抗折模具非标6个按图加工8不锈钢盆 2030cm3个超市9搅拌勺2个超市10取料勺2个超市11钢板尺量程30cm1个量具商店12扁铲2个日杂商店13水泥筛0.08mm（4900 孔）1个建材仪器仪表商店14塑料盆 3050cm5个超市1

11、5量杯1000ml3个16量筒1000ml2个17容重筒2000ml1个建材仪器仪表商店2.硅镁加气空心轻质隔墙板生产方法及性能硅镁加气空气心轻质隔墙板（以下简称GM轻质隔墙板）。其产品标准为JC6801997，施 工应用图籍为03J113。GM轻质隔墙板以氯氧镁水泥适量掺入粉煤灰为胶结材料，以有机和 无机纤维为增强材料，以外加剂为改性材料，适量导入空气使基材减轻重量，采用成组立模 生产。主要原材料：（1）氯氧镁水泥（sorel水泥）氯氧镁水泥是由轻烧氧化镁粉和氯化镁以及水三种组成，验收这种水泥主要检测两项指 标为抗折强度和安定性。试验方法如下：称取被测轻烧氧化镁粉0.2kg装入不锈钢盆中。称

12、取被测氯粉（MgCl26H2O） 0.1kg，称取被测水0.04kg，制成卤水溶液。将卤水溶液倒入装有0.2kg轻烧氧化粉的不锈钢盆中，用不锈钢勺搅拌盆中轻烧氯化镁粉和 卤水，搅拌时间为3分钟。将拌匀料浆倒入试模中，轻轻震动试模，消除料浆内部气泡，每 组试件3个。试件成型好以后，将试件放入室温环境（1030C ）静停，试件初凝后将试件表 面刮平，试件静停24小时后脱模。将脱模的试件放入烘箱，烘箱温度恒定在50C，试件在烘箱中烘至24小时，将试件取出后 冷却至室温，用抗折机测定试件的抗折强度。抗折强度计算方法：抗折强度计算公式：3PLO =2BH2已知： L = 10cm（试件跨距）B = 3.

13、0cm（试件厚度）H = 1.0 （试件厚度）P =抗折荷载O由公式（1）计算，将已知条件代入公式（1）a = 5P（2）取3个试件平均值。验收规定：a W15Mpa为不合格产品，不予验收。试件经50C温度烘干后，如有微裂缝，属安定性不良，不予验收。附成型试件如图3所示：图3试件粉煤灰所用粉煤灰应符合GB1596H级粉煤灰要求。有机纤维有机纤维通常采用高强高模维纶纤维或聚丙稀纤维，通常短切成620mm。其力学性能如表3所示。表3、GM轻质隔墙板采用的有机纤维纤维品种直径(以)抗拉强度 (Mpa)弹性模量 (Gpa)极限延伸率比重(g/cm3)高强高模维纶纤维13.15大于1170大于25681

14、.3聚丙稀 纤维1545大于500大于3.515501.36中碱玻纤网格布采用表面涂覆不溶水胶材涂层中碱网格布，网孔尺寸为10mmX10mm，宽度为600毫米， 单位延米重量大于150g。外加剂采用水硬性外加剂生产工艺生产Gm轻质隔墙板采用成组立模成型工艺，其生产工艺如图4所示。Gm轻质隔墙板生产过程中将计量好的原材料依一定顺序分批次投入搅拌机中，分批次 进行搅拌，在搅拌机中制成含短切的分散性有机纤维的轻体料浆，把这种料浆浇注到成组立模中，通过静停硬化，抽芯，脱模，堆放养护，通常28天成为成品后即可出厂。规格与性能（1）外形Gm轻质隔墙板外形如图5所示。M图5 GM轻质隔墙板外形图（2）规格尺

15、寸Gm轻质隔墙板规格尺寸应符合表4的规定。表4、GM轻质隔墙板的规格尺寸类别规格尺寸LBH中TECFGI60板3000600603810121828203090板36006009060121428383040120板360060012080161638484050（3）物理力学性能GM轻质隔墙板的力学性能应符合JC6801997 “硅镁加气混凝土空心轻质隔墙板”的标 准，其性能列在表5中。表5、物理力学性能序号项目规格指标1面密度，kg/m260板3590板502干缩值，mm/m60板0.890板3隔尸量，dB60板33090板3354耐火极限，h60板3190板5燃烧性能60板不然90板6抗

16、折力，N60板3100090板320007抗冲击性，3次60板无贯穿裂缝90板8单点吊挂力，N60板380090板四、解读GM轻质隔墙板科学生产方法解读GM轻质隔墙板科学生产方法，以最近新建的哈尔滨大东新型环保墙体建材有限公 司GM轻质隔墙板生产线为例。建生产线前期准备工作理的工厂总平面布置。合理的车间生产工艺平面布置。非标准设备加工，标准设备购买。建立实验室。按原材料清单购买原材料。上述五项工作做完之后，2005年9月9日笔者到达哈尔滨开始试产工作。试产前工作试产前需验收氯氧镁水泥。氯氧镁水泥验收按本文第三章第1节准备好的实验室进行。 实验方法按本文中第三章第2节进行，经检测氯氧镁水泥的抗折

17、强度为18.6Mpa，氯氧镁水 泥水力性能合格，在50C环境烘烤24小时不产生变形、开裂，为氯氧镁水泥安定性合格， 0.08mm方孔筛筛余小于10%为轻烧粉细度合格。以前，原材料的验收按照轻烧氧化镁的含镁 量，没有上述一个方法。有一个工厂的生产线迁址，我在那里试了一个星期也试不出来合格 产品。后来用叉车将老厂的水运过来，结果生产就成功了。氯氧镁水泥是由三个基本原材料 组成，帆呢灵。都是十分重要的组分。生产轻质隔墙板氯氧镁水泥基本材性验收合格后，就开始正式制造轻质隔墙板了。制造轻质隔墙板的过 程按照第三章第2节生产工艺图进行。通过生产工艺和添加种类原材料来达到建筑板材的各 方面技术要求。消除板材

18、变形的方法GM加气空心轻质隔墙板生产过程中采用多项措施来消除板材的变形，主要表现为：使 水化产物生长均匀，使凝结稠化非变硬过程中，水化产物大部分膨胀，因基材多孔结构消除 水化不一致产生的膨胀应力。GM加气空心轻质隔墙板生产过程中采用大水灰比有利于轻烧 氧化镁颗粒非常均匀的受到氯化镁等材料的水溶液包裹，有利于每个轻烧氧化镁颗粒水化反 应的水化产物非常均匀。图6描述的是哈尔滨大东新型环保墙体建材有限公司生产车间大水 灰比浇注GM加气空心轻质隔墙板。图6正在浇注的大水灰比料浆GM加气空心轻质隔墙板通常采用成组立模进行成型，实际生产过程中可以观察到多孔结构的料 浆在凝结阶段料浆的液面高出模具睛面510

19、mm.氯氧镁水泥水化过程中，反应物向着反应产物转 变时体积会产生膨胀，我们希望这个膨胀产生在氯氧镁水泥变成硬化体之前完成。众所周知氯氧镁水泥的组分之一轻烧氧化镁的生产过程采用的是菱镁矿块石直接锻烧法，这种锻 烧方法和硅酸盐水泥两磨一烧的生产方法不一样。块石直接锻烧法往往导致烧成熟料块由表及里 形成“过火料”、“正火料”、“欠火料”。“欠火料”粉的化学反应速度非常快，如果在生产 工艺上不加以控制，在搅拌机中就开始化学反应，我们发现“欠火料”在搅拌机中搅拌时间稍长，“欠火料”就会在搅拌机中膨胀，不断的形成絮凝，如果不断的继续搅拌，就会破坏“欠火料” 的水化产物键结构，制品的强度会很低。相对于“欠火

20、料”而言，我们需要尽可能多的“正火料”，这种料主要是在浇注之后进行水化反 应，其体积膨胀基本上是在制品浇注成型后，制品硬化前完成。水化产物结构好，制品的强度高。 GM加气空心轻质隔墙板是多孔结构材料，基材空隙率大于60%.轻烧氧化镁粉即使含有大量的“过烧粉”，其水化反应产物在后期产生膨胀，但是，由于GM加气空心轻质隔墙板水化产物分 布均匀和制品的均匀多孔结构，等待水化产物膨胀产生的变形应力通常是“变形应力失效”。采 用了 “变形应力失效”的GM轻质隔墙板板凭建筑物就可以证明，这个建筑如图7所示（用了 3000 多平方米GM轻质隔墙板）。图7全部采用GM轻质隔墙板建成的三层楼房子，漂浮在水面上，

21、（摄于武汉东湖）五、氯氧镁水泥轻质板材变形的反教材笔者参与北京政府责成北京市建委就解决北京市虎城小区17号楼（共180户居民联名写信张健 民）内隔墙板变形工作会议，此次会议由建委质检总站张路平站长主持，笔者承担查明内隔墙板 变形原因。其原因查明结论文章如下：由中建二局一公司（以下简称一公司）承建的虎城小区17号楼，部分房间内隔墙发生不同程度 的弯曲变形，影响建筑的正常使用。因此，一公司委托中国建筑材料科学研究院房建材料与混凝 土研究所（以下简称房建所）对内隔墙板发生变形进行研究，查明变形的原因。一公司、房建所、虎城小区开发办公室（以下简称开发办）三方有关人员，联合对虎城小区17 号楼内隔墙变形

22、情况进行了现场取样。分别对严重的1604室、一般变形的1603室，不变形的 1806室的内隔墙板进行了现场取样。共四个部位（1806室取了两个部位）四种样品，每种样品 一式两份，一份由开发办封存，另一份供房间所进行研究和鉴定。房建所将现场取回的样品，按取样编号1604 （严重变形）、1603 （一般变形）、1806 （正常、 无变形）、1806 （潮湿、无变形）四种样品分别送去法定的权威单位进行鉴定。由北京市理化测 试中心用X光衍射进行物相分析，由国家建筑材料测试中心进行游离化镁fMgO测定。现场考察与鉴定结果分析从现场考察可以确定，墙体变形的直接原因是由于墙板在约束状态下膨胀所致。物相鉴定结

23、果表明，所用的赤页岩轻质隔墙板是氯氧镁水泥珍珠岩制品。它是氧化镁（MgO）与 氯化镁（MgCl2 ）加水反应而生成氯氧镁络合物而获得强度，反应如下：5MgO + MgCl2 + 13H2O 5Mg（OH）MgCl28H2O氯氧镁络合物在大气条件下会逐步碳化，12年碳化完全，其反应如下：5MgOMgCl28H2O + 2CO2-MgCl22MgCO3Mg（OH）26H2O + 2MgCO3 + 4H2O因此，一切氯氧镁水泥制品最终的物相组成均为MgCl2MgCO3Mg（OH）2和MgCO3。伴随着碳化过 程，制品体积将会发生小量收缩。物相分析和化学分析结果表明，在1604和1603两个样品中含有

24、一定数量和fMgO，这是引起制 品体积膨胀的直接原因。因为制品中的fMgO在大气中逐步水化而变成（Mg（OH）2，体积将增加 23倍，因而引起制品的体积膨胀和产生破坏。这种现象在混凝土中也有发生。在发生变形的制品中测出的fMgO，数量虽然不大，但这并非制品中初始的fMgO含量。因为制品 已经过2年多的时间，其中多数fMgO已经变成了 Mg(OH)2，制品已经膨胀，也证明这过程已经 发生。因此，制品中初始的fMgO含量应比现在测定的数量大得多。由于fMgO变成Mg(OH)2后， 随即碳化而生成MgCO3，因此物相分析中只观察到MgCO3和MgO,而观察不到Mg(OH)2。氯氧镁水泥制品具有轻质高

25、强，干缩值小等良好的物理力学性能，只要在原材料质量和生产工艺 上严加控制，完全可以制作成性能优良的建筑材料。但是如果控制不好，制品就会出现返卤和体 积安全的问题。如果生产工艺控制不好，例如水化反应温度过高，则会生成物理性能差的9型和2型的氯氧镁络 合物，制品的强度差，而且容易出现返卤现象。如果主要原材料镁水泥质量不符合要求，会出现体积安全性的问题。镁水泥的质量，除了对其化 学成分有较严格要求外，对镁水泥的烧成温度及细度也有严格要求。如果烧成温度过高，则会出 现过烧氧化镁，过烧氧化镁活性很差，很难与氯化镁反应生成氯氧镁络合物，它是以fMgO的形 态存在于制品中，经过较长时间(一般经12年)才逐步水化生成Mg(OH)2同时产生膨胀。而镁 水泥磨细度不够，则会加剧这一破坏过程。这次发生的变形现象，实际上就是过烧fMgO引起的 后期体积的膨胀，属于镁水泥的质量问题。结论虎城小区17号楼所用的赤页岩轻质内隔墙板，是氯氧镁水泥珍珠岩制品。板材变形的原因，是由于制品中存在较多的过烧氧化镁，后期水化膨胀造成的。对于1860室这样的隔墙板，制品中不存在fM