《武汉工程大学学报》 2011年10期
57-60
出版日期：2011-11-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
废玻璃改性氯氧镁水泥的研究
0引言氯氧镁水泥又称索瑞尔水泥［1］，是由法国人Sorel于1867年发明的，至今已有百余年的历史.它是由轻烧MgO、MgCl2和H2O三者按照一定配比调和形成的一种胶凝材料，可以用通式Mgx(OH)y·Cl2·nH2O［2］表示.氯氧镁水泥具有许多优点：在空气中固化快，强度高，表面光泽性很好，制备工艺简单，流程短，生产成本低，它一般用于建筑材料，生产过程中无毒、无味、无刺激性，可制成多种免烧砖、瓦、板，仿陶瓷材料，减少了环境污染，降低了生产能耗，是一种可以代替木材，代替塑料的材料［35］.氯氧镁水泥在应用过程中存在诸多的质量问题，如返卤泛霜、耐水性差、制品易变形等［6］，导致该类材料在研究热潮之后一直备受冷落.在装饰材料领域，氯氧镁水泥的优势得到了充分的体现，因此在板材、高档装饰涂料以及仿瓷制品等方面，氯氧镁水泥用量越来越大，作为装饰材料，其表面光洁度决定着材料的装饰效果和应用前景，而水泥表面的耐磨性决定着氯氧镁材料的表面的光洁度，所以氯氧镁水泥的装饰材料，其耐磨性能方面要求更高［7］.针对上述技术领域的问题，利用玻璃作为填充料制备氯氧镁水泥骨料，来改善氯氧镁水泥的耐磨性及强度.玻璃是一种广泛使用的建筑和装饰材料，玻璃使用后的废弃物未得到充分的利用，回收利用率不高［8］.玻璃破碎后，部分颗粒呈片状或棒状，是一种很好的增强材料，且玻璃颗粒本身具有很高的耐磨性能.利用玻璃作为氯氧镁水泥填充料，不仅充分利用了废旧玻璃资源，而且玻璃有着非常好的耐磨性和物理强度，用碎玻璃填充于氯氧镁水泥中能很好的改善氯氧镁水泥的耐磨性与强度.玻璃作为普通硅酸盐的填充料的研究有很多报道，但在硅酸盐水泥中，玻璃存在碱集料反应［9］，严重破坏了硅酸水泥的强度，因此未获得广泛应用.而玻璃作为氯氧镁水泥填充料的研究及应用均未见报道.1实验1.1实验药品实验用的药品有：活性氧化镁，85%，辽宁海城；六水氯化镁，分析纯，国药；碎玻璃，普通回收玻璃.1.2实验过程将玻璃破碎，筛分，然后对不同粒度的碎玻璃进行分组实验.将活性氧化镁、六水氯化镁、玻璃按比例混合，以含活性氧化镁中氧化镁的含量为准，将原料混合，混合物即为氯氧镁水泥骨料.将分组好的不同的试块进行磨损实验，用试样的待磨层与摩擦纸在相同荷重摩擦体的作用下，设定相同的摩擦距离相互摩擦，通过测量摩擦完成时间，来判断试样的耐磨性［10］.1.3玻璃粉料的级配与氯氧镁水泥的制备表1为玻璃级配料与氯氧镁水泥的配比，将氧化镁和六水氯化镁摩尔比1019~0.23混合［11］，将含活性氧化镁原料、六水氯化镁、玻璃按比例混合，以含活性氧化镁原料中氧化镁的含量为准，氧化镁比六水氯化镁摩尔比为10.19~0.23，氧化镁比玻璃质量比为10.1~1，混合物即为氯氧镁水泥骨料.表1玻璃粉料与水泥骨料的级配
Table 1Molar ratio of glass powders with
aggregates of cement
项目NMgON六水氯化镁/
NMgON玻璃总量/
NMgON细玻璃/
NMgON粗玻璃/
NMgO110.190.10.080.02210.200.30.150.15310.210.50.300.20410.220.80.450.35510.231.00.500.501.4实验表征用JSM-5510LV电子线扫描显微镜进行SEM扫面分析试块的断面；用DYE-300型数字式抗折抗压试验机进行试块的抗折和抗压实验分析.2结果与讨论2.1氯氧镁水泥表面耐磨性研究图1和图2为不同玻璃添加量水泥耐磨性随玻璃目数变化曲线，在固定压力条件下，将试块摩擦距离设定为5 mm，记下摩擦所用的时间即为摩擦耗时，从图中可见玻璃粒度越大，即玻璃越粗，其摩擦时间越长，表明其耐磨性越好.加入10%的碎玻璃与加入5%碎玻璃相比，耐磨性相对比较好，可见加入的碎玻璃的量增加，水泥试块的耐磨性相对得到提高.相同含量的不同目数的碎玻璃，即粗细不同的碎玻璃，其耐磨性也不相同，相对加入比较粗的碎玻璃的试块耐磨性比加入细的碎玻璃试块耐磨性好.图1玻璃含量为10%摩擦耗时
Fig.1Friction timeconsuming of content 10% glass图2玻璃含量为5%时摩擦耗时
Fig.2Friction timeconsuming of content 5%表2为玻璃级配后不同添加量与水泥耐磨性的关系，骨料含量在30%时，玻璃面积占底面面积趋向于饱和，更多的骨料含量，对摩擦实验影响不大.级配的骨料，可以得到较大的玻璃底面占有率，摩擦实验耗时更长.第10期张勇，等：废玻璃改性氯氧镁水泥的研究
武汉工程大学学报第33卷
表2级配骨料的耐磨性分析
Table 2Analysis of abrasive resistance
骨料
w/%摩擦面碎
玻璃w/%摩擦距离/
mm摩擦耗
时/s5305373107056502080574430905933通过耐磨性的实验可以看出：在水泥的骨料里面，随着加入的碎玻璃的量的增多，摩擦相同距离所耗的时间在增加；说明骨料中玻璃的量越大，其表面耐磨性越好.在试块底面积形同，底面氯氧镁和玻璃骨料均匀分布，进行摩擦实验时，通过测量试块底面面积可发现，细玻璃不容易发生沉降，380 μm少量沉降，380 μm以下几乎没有沉降；180 μm及以上的玻璃骨料全部沉降，沉降在表面的玻璃提高了试样的耐磨性，因此试样的耐磨性随着玻璃占骨料的百分比提高而提高.2.2玻璃骨料的氯氧镁水泥强度分析根据上述实验的配比，分别加入不等量的原料进行抗压抗折强度测试.图3为不同玻璃含量与试块抗折强度关系，从图上可以看出：在加入细玻璃之后抗折强度有一定的提高，当加入的量比较大时，强度提高的比较明显，而且抗折强度有随加入的玻璃的量而增加的趋势.图3碎玻璃含量与试块抗折强度关系
Fig.3The relation between rupture strength and glass表3样品试块的抗压强度与水泥配比的关系，从表中可以看出：试样中加入玻璃与没加入玻璃相比，强度有着明显的提升，这是因为在氯氧镁水泥中加入玻璃之后部分玻璃分布在氯氧镁水泥内部，发生脆性断裂［1112］，提高了氯氧镁水泥制品强度；只加入细玻璃的强度比只加入粗玻璃的强度要高，因为细玻璃能在水泥浆体中分散比较均匀；在加入细玻璃同时加入粗玻璃强度增加比较大，而且比一般的水泥强度高，因为粗细玻璃同时加入，不仅能分散均匀于水泥中，而且改变了氯氧镁水泥的内部固有的结构，从而增强了水泥的强度，而且强度随着加入的细玻璃的量增加而增加.表3试块的抗压强度测试
Table 3Test of compression strength
直径约1 cm
的石子直径约0.5 cm
的石子细
玻璃粗
玻璃抗压/
MPa32.810%15%34.425%30.525%33.125%42.725%40.915%10%58.610%15%46.62.3试块断面与表面的SEM分析图4为试块断面的SEM图片，部分玻璃分布在氯氧镁水泥内部，玻璃破碎之后形成的片状和条状的碎玻璃参杂于氯氧镁水泥中，填充的氯氧镁水泥的3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O（3·1·8相）和5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O（5·1·8相）［1314］的网状结构［15］起到了增强作用［16］，当水泥受到压力的时候，碎玻璃发生脆性断裂，从而提高了水泥的强度.图4试块断面的SEM图片
Fig.4The SEM of the sample fracture surface图5为试块表面的SEM图，从图中看到，在试块内部，碎玻璃以块状和片状分散于水泥中，一般来说玻璃的耐磨性比较好，在试块中添加玻璃，很大程度上让玻璃直接或者间接与外界接触，从而显现出比较高的耐磨性，综合的提高了氯氧镁水泥的耐磨性能.图5试块表面的SEM图
Fig.5The SEM of the sample surface3结语废玻璃作为一种新型的氯氧镁水泥骨料，填充于5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O（5·1·8相）和3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O（3·1·8相）所构成的网状结构中，起到了填充作用，对水泥的抗压和抗折强度都有所提高，同时由于玻璃比水泥密度大，部分玻璃在水泥的制备过程中会沉降到水泥表面，大大提高了水泥表面的耐磨性.当加入10%的380 μm的玻璃，其表面耐磨性达到最大，当加入15%细玻璃和10%粗玻璃时其抗压强度达到最大.碱集料反应一般是在活性比较高的骨料中，而且其pH在12左右，对于在pH10左右的弱碱性的氯氧镁水泥中，玻璃能够比较稳定的存在，不会发生碱集料反应［1718］，因此作为氯氧镁水泥的骨料，不仅提高了废物利用率，同时也大大改善了水泥的应用性能.参考文献：