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硫氧镁水泥的改性及其发泡材料的制备与应用研究

来源：花匠小妙招时间：2025-03-02 08:48

硫氧镁水泥的改性及其发泡材料的制备与应用研究

【摘要】： 硫氧镁水泥具有轻质、碱度低、粘结性好、不腐蚀钢筋、不吸湿返卤以及原材料丰富、生产工艺简单、生产能耗低等优点,在土木工程材料领域具有巨大的应用潜力,目前备受关注。然而由于硫氧镁水泥的强度及耐久性较差,且目前使用的改性技术存在改性剂种类单一、改性后凝结时间过长等问题,使其在实际工程中的推广与应用受到限制。因此,开展硫氧镁水泥新型改性剂的开发与改性硫氧镁水泥应用研究具有十分重要的意义。本文首先探讨新型改性剂羟基乙叉膦酸和氨基亚甲基膦酸对硫氧镁水泥物理力学性能、水化产物以及耐水、耐热、抗硫酸盐等耐久性的影响,结合X射线衍射、扫描电子显微镜和孔径分析测试仪分析了改性剂对硫氧镁水泥的改性机理;然后利用矿物掺合料对改性硫氧镁水泥进行再改性,研究了矿物掺合料对改性硫氧镁水泥物理力学以及耐久性能的影响。最后利用改性硫氧镁水泥制备轻质、高强的水泥发泡材料,并研究了其吸声与导热性能。羟基乙叉膦酸改性剂能显著提高硫氧镁水泥的耐水、耐热以及抗硫酸盐侵蚀性能,相较于未掺改性剂的硫氧镁水泥,其28 d的软化系数由0.47提高至0.87;耐硫酸盐等级也由小于30次提升至K60;在200℃和500℃下的耐热性能也显著提高。改性剂对硫氧镁水泥力学性能和耐久性能的试验结果表明,改性剂的品种和掺量对硫氧镁水泥的强度影响较大,其中羟基乙叉膦酸和氨基亚甲基膦酸能显著提高硫氧镁水泥各龄期的抗压强度。两种改性剂对硫氧镁水泥的增强机理是由于对镁离子的螯合作用,改变了硫氧镁水泥的水化进程,从而促进了5Mg(OH)_2·Mg SO_4·7H_2O(简称5·1·7相)晶相的生成和发展,并填充部分毛细孔,不仅增强了水化产物间的相互作用力,还提高了硫氧镁水泥石的密实度,从而提高了改性硫氧镁水泥的强度及耐久性。外掺四种矿物掺合料均会降低硫氧镁水泥浆体的流动度,缩短水泥的初凝和终凝时间。且随着掺合料掺量的增加,流动度减小,凝结时间缩短。在相同掺量时,硅灰对流动度和凝结时间的影响程度最大,其次分别是粉煤灰、矿粉和磨细转炉渣。不同的掺合料对硫氧镁水泥力学性能的影响规律不同。当外掺粉煤灰和矿粉时,可以提高改性硫氧镁水泥28 d的抗压强度,其中粉煤灰的最佳掺量为氧化镁质量的10%,矿粉的最佳掺量为20%。而掺入硅灰则降低改性硫氧镁水泥的强度,掺入磨细转炉渣对硫氧镁水泥的强度影响不大。由XRD、SEM结果分析表明,掺加掺合料改变了不同水化物之间的相对含量,没有改变水化产物的物相组成。耐水性能最优的是掺20%硅灰的改性硫氧镁水泥,耐热性能较优的是掺20%的矿粉和掺20%的硅灰改性硫氧镁水泥。通过正交试验确定了改性硫氧镁水泥发泡材料综合性能最优的组成与配比,并探讨了表观密度和孔结构对硫氧镁水泥发泡材料的吸声与导热性能的影响。结果表明,随着硫氧镁水泥发泡材料表观密度的减小,其孔隙率增大,吸声系数增加,导热系数减小。当表观密度为351 kg/m~3时,硫氧镁发泡材料28 d的抗压强度为1.3 MPa,对200～4000 Hz频率的声波其吸声系数在0.45以上,对2400～2600 Hz频率的声波,吸声系数提高至0.80,说明所制备的发泡水泥具有较好的吸声效果。此外测得其导热系数为0.104 W/(m·K),其保温性能也较好。

【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2023