一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法

1.本发明涉及无机胶凝材料技术领域，具体涉及一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法。


背景技术：

2.氯氧镁水泥是一种由轻烧氧化镁，氯化镁与水按一定比例配合的气硬性胶凝材料，具有强度高、凝结速度快、保温性能好、耐火性能好等一系列优点，可广泛应用于商品包装、建筑材料、保温材料和生物材料等领域。同时氯氧镁水泥的制备工艺简单，生产过程中产生的co2较少，有利于节能减排。
3.我国镁质资源较为丰富，辽宁地区的镁质资源主要以菱镁矿石的形式存在，其主要用途是煅烧形成氧化镁(mgo)作为耐火材料或者冶炼成镁合金，青海地区的镁质资源主要以盐湖的形式存在，其主要用途是提取钾肥。但提取钾肥的过程中会产生大量以氯化镁(mgcl2)为主要成分的卤水，这些卤水直接排放会造成严重的环境污染。将卤水中的mgcl2提纯，可与菱镁矿煅烧形成的mgo制备氯氧镁水泥，不仅可以使镁质资源得到大量利用，同时也可以减少卤水对环境的污染，对我国环境发展有着重要的意义。
4.同时氯氧镁水泥的缺陷也十分明显，如耐水性差，在潮湿环境中容易返卤泛霜，出现翘曲变形等，严重限制了其应用和发展。改善氯氧镁水泥的耐水性，有利于扩展氯氧镁水泥的使用范围。研究者通常采用不同掺量的磷酸、磷酸盐等外加剂改性氯氧镁水泥的耐水性，而很少考虑轻烧氧化镁，六水氯化镁与水的比例对不同掺量外加剂改性效果的影响，未能充分发挥外加剂的改性效果。


技术实现要素：

5.针对现有研究，本发明的目的在于提供一种较优的轻烧氧化镁，氯化镁与水的比例，进一步提高缓凝剂对氯氧镁水泥耐水性的改性效果，该氯氧镁水泥具有耐水性好且强度高等优点，同时制备工艺简单，有利于氯氧镁水泥的使用与推广。
6.本发明提供的技术方案如下：
7.一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，各组分按如下重量份的原料组成：轻烧氧化镁240～350份，六水氯化镁200～300份，水140～200份，缓凝剂0～5份。
8.较优选地，所述轻烧氧化镁是由菱镁矿在850℃条件下煅烧而成，为白色粉末状，其活性指数为60～70％，氧化镁含量为80～95％。
9.较优选地，所述六水氯化镁为化学纯试剂，mgcl2·
6h2o含量≥98％，ph值为5.0～6.5，为无色结晶。
10.较优选地，所述缓凝剂为柠檬酸。
11.此外，上述高耐水性氯氧镁水泥的制备工艺，包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；
(3)将轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4-10min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护至规定龄期；
12.本发明的高耐水性氯氧镁水泥，相较于其他改性方法来说，具有耐水性好、强度高、制备工艺简单的优点，有利于扩大氯氧镁水泥的应用范围。
附图说明
13.图1为实施例1-4与对比例1自然养护3d、7d和28d制备的氯氧镁水泥的抗压强度以及自然养护28d再浸水7d后的抗压强度。
14.图2为实施例1-4与对比例1-3自然养护28d再浸水7d后的软化系数。
15.图3为实施例1与对比例1自然养护28d和自然养护28d再浸水7d后制备的氯氧镁水泥的xrd图谱。
16.图4为实施例1与对比例1自然养护28d和自然养护28d再浸水7d后制备的氯氧镁水泥的sem图。
具体实施方式
17.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明范围。
18.实施例1
19.一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，各组分按如下重量份的原料组成：轻烧氧化镁242份，氯化镁203份，水144份，缓凝剂4份。
20.所述轻烧氧化镁为白色粉末状，其活性指数为64.52％，氧化镁含量为91.23％。
21.所述六水氯化镁为化学纯试剂，mgcl2·
6h2o含量≥98％。
22.所述缓凝剂为柠檬酸来源于天津致远化学有限公司。
23.所述高耐水性氯氧镁水泥，制备方法包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将适量缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；(3)将适量的轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护1d、3d和28d。
24.实施例2
25.一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，各组分按如下重量份的原料组成：轻烧氧化镁242份，氯化镁203份，水144份，缓凝剂3份。
26.所述轻烧氧化镁为白色粉末状，其活性指数为64.52％，氧化镁含量为91.23％。
27.所述六水氯化镁为化学纯试剂，mgcl2·
6h2o含量≥98％。
28.所述缓凝剂为柠檬酸来源于天津致远化学有限公司。
29.所述高耐水性氯氧镁水泥，制备方法包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将适量缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；(3)将适量的轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护1d、3d和28d。
30.实施例3
31.一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，各组分按如下重量份的原料组成：轻烧氧化镁282份，氯化镁203份，水144份，缓凝剂4份。
32.所述轻烧氧化镁为白色粉末状，其活性指数为64.52％，氧化镁含量为91.23％。
33.所述六水氯化镁为化学纯试剂，mgcl2·
6h2o含量≥98％。
34.所述缓凝剂为柠檬酸来源于天津致远化学有限公司。
35.所述高耐水性氯氧镁水泥，制备方法包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将适量缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；(3)将适量的轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护1d、3d和28d。
36.实施例4
37.一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，各组分按如下重量份的原料组成：轻烧氧化镁322份，氯化镁203份，水144份，缓凝剂4份。
38.所述轻烧氧化镁为白色粉末状，其活性指数为64.52％，氧化镁含量为91.23％。
39.所述六水氯化镁为化学纯试剂，mgcl2·
6h2o含量≥98％。
40.所述缓凝剂为柠檬酸来源于天津致远化学有限公司。
41.所述高耐水性氯氧镁水泥，制备方法包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将适量缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；(3)将适量的轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护1d、3d和28d。
42.对比例1
43.一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法，各组分按如下重量份的原料组成：轻烧
氧化镁322份，氯化镁203份，水144份。
44.所述轻烧氧化镁为白色粉末状，其活性指数为64.52％，氧化镁含量为91.23％。
45.所述六水氯化镁为化学纯试剂，mgcl2·
6h2o含量≥98％。
46.所述高耐水性氯氧镁水泥，制备方法包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将适量缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；(3)将适量的轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护1d、3d和28d。
47.对比例2
48.按照专利申请号202111188643.x(一种氯氧镁水泥改性剂及其制备方法和氯氧镁水泥)中的方法制备氯氧镁水泥。
49.对比例3
50.按照专利申请号202210844024.x(一种单宁酸改性氯氧镁水泥及其制备方法)中的方法制备氯氧镁水泥。
51.实验例
52.1.抗压强度
53.图1为对比例1和实施例1-4自然养护1d、3d和28d制备的氯氧镁水泥的抗压强度和自然养护28d再浸水7d的抗压强度，从图中可以看出对比例1自然养护1d、3d和28d时的抗压强度均高于实施例1-4，但对比例1浸水7d后的抗压强度远低于实施例1-4浸水7d后的抗压强度，说明缓凝剂的加入有利于提高氯氧镁水泥耐水性。
54.其中，实施例1-4制备的氯氧镁水泥自然养护28d再浸水7d的抗压强度分别为81.8mpa、78.7mpa、90.2mpa和87.8mpa，相比于对比例1提高了188.0％、177.1％、217.6％和209.2％。
55.2.耐水性能
56.图2为对比例1和实施例1-4自然养护28d再浸水7d的氯氧镁水泥的软化系数。图中可以看出实施例1-4制备的氯氧镁水泥的软化系数均高于对比例1。说明缓凝剂的加入有利于提高氯氧镁水泥耐水性。
57.其中，实例1-4制备的氯氧镁水泥自然养护28d再浸水7d的软化系数分别为0.96、0.84、0.79和0.71，相比于对比例1的0.21分别提高了356.1％、300.0％、278.1％和238.0％。
58.比较实施例1与对比例2-3自然养护28d再浸水7d的氯氧镁水泥的软化系数。图中可以看出实施例1制备的氯氧镁水泥的软化系数均高于对比例2-3。
59.软化系数由以下公式计算得出：
60.软化系数(7d)＝自然养护28天后再浸水7d天的抗压强度/自然养护28d的抗压强度。
61.3.水化产物分析
62.图3为对比例1和实施例1自然养护28d和自然养护28d再浸水7d的氯氧镁水泥的xrd图谱。由图可知对比例1和实施例1在自然养护28d时水化产物一致，说明缓凝剂的掺入并未使氯氧镁水泥生成新的水化产物。对比例1在自然养护28d再浸水7d后，其水化产物中相5的衍射峰显著降低，mg(oh)2的衍射峰显著升高，说明对比例1中的相5在浸水7d后大量分解，生成mg(oh)2。实施例1在自然养护28d再浸水7d后，水化产物中相5的衍射峰并无明显下降，可知缓凝剂的掺入能够抑制相5的分解，从而保证氯氧镁水泥在浸水后仍保持较高的强度，使其耐水性得到改善。
63.4.微观形貌
64.图4为对比例1和实施例1自然养护28d和自然养护28d再浸水7d的氯氧镁水泥的sem图。由图可知对比例1和实施例1自然养护28d后，氯氧镁水泥水化产物中有大量棒状、针状相5，这与xrd分析得出的结果一致，这些相5交错生长，形成致密的结构，为水泥提供强度。对比例1自然养护28d再浸水养护7d后，紧密交织的相5变成大量片状的mg(oh)2，水泥内部孔隙增大，水分子更容易浸入内部，使得相5晶体继续水解，导致水泥强度大幅下降。当掺入缓凝剂后，疏松多孔的mg(oh)2大量减少，取而代之出现了大量絮状相5，絮状相5改善了棒状、针状相5易分解的特点，使得水泥的结构更加致密，阻碍了水分子的浸入，显著改善了氯氧镁水泥的耐水性。

技术特征：
1.一种高耐水性氯氧镁水泥，其特征在于，由包括以下质量份的原料制备得到：轻烧氧化镁240～350份，六水氯化镁200～300份，水140～200份，缓凝剂0～5份。2.根据权利要求1所述的高耐水性氯氧镁水泥，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸。3.根据权利要求2所述的柠檬酸改性氯氧镁水泥，其特征在于，柠檬酸离子基团能与活性mgo表面的[mg(oh)(h2o)
x
]
+
形成水化层，其包裹在活性mgo的表面阻碍相5的生成，延长氯氧镁水泥的凝结时间。4.根据权利要求2所述的柠檬酸改性氯氧镁水泥，其特征在于，柠檬酸能改变相5的结构，使得氯氧镁水泥的孔结构更加致密，不容易被水分子侵蚀。5.根据权利要求1～4任一项所述的高耐水性氯氧镁水泥，其特征在于，所述轻烧氧化镁的活性指数为60～70％，氧化镁含量为80～95％。6.根据权利要求1～5任一项所述缓凝剂改性氯氧镁水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六水氯化镁溶于水中，混合均匀得到第一溶液；(2)将缓凝剂溶于步骤(1)得到的第一溶液中，混合均匀得到第二溶液；(3)将轻烧氧化镁与步骤(2)得到的第二溶液混合，140
±
5r/min搅拌4-10min，得混合浆料；(4)将步骤(3)得到的混合浆料注入模具中振实，在室温(20
±
2)℃，(60
±
5)％湿度下进行养护，养护至24h后脱模；(5)将脱模后的试样放在室温(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％环境下养护至规定龄期；7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述固化的温度为(20
±
2)℃，湿度(60
±
5)％，养护24h。

技术总结
本发明涉及无机胶凝材料技术领域，具体涉及一种高耐水性氯氧镁水泥及其制备方法。本发明的高耐水性氯氧镁水泥的原料组成：轻烧氧化镁，六水氯化镁和缓凝剂。本发明通过调整轻烧氧化镁，六水氯化镁与水的比例，仅使用一种缓凝剂改性氯氧镁水泥，利用缓凝剂中的酸根离子与Mg


技术研发人员：廖宜顺 徐浩 董兴智 陈迎雪 余竞硕 陈明洋 陈潘桐 马圣东 吴勇 都永辉
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/12