CN115385654A - 一种轻质硫氧镁水泥材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑墙体材料制品领域，尤其涉及一种轻质硫氧镁水泥材料及其制备方法，其原料为：轻烧氧化镁、七水硫酸镁、水、改性剂、活性填充材料、惰性填充材料、发泡剂、稳泡剂。其制备方法为：首先分别制备混合溶液A(包括七水硫酸镁、水、改性剂)和干混合物B(包括氧化镁、活性填料、惰性填料)，将二者混合并搅拌均匀；然后预制泡沫，将所制泡沫加入上述料浆中，搅拌均匀；最后成型、脱模、养护。本发明具有废弃物资源利用、节能环保、生产工艺简单、成本低廉等特点，所制备的硫氧镁水泥体积密度为0.69～0.99g/cm3，28d的抗压强度为4.5～15.0MPa。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料制品领域，尤其涉及一种轻质硫氧镁水泥材料的制备方法。
背景技术
由于国家经济持续不断发展，我国在建筑方面正处在一个高速的发展时间段，在追求量的同时也在追求质，因此人们对建造材料的品质有着越来越高的追求。减少建筑事业的能耗，节约地球资源以及能源，研发绿色、可持续发展、生态环保的建材已经发展成了现在建筑行业势必取得的突破和创新。
硫氧镁水泥是一种新型镁质胶凝材料，它是将一定量的氧化镁、硫酸镁以及水混合搅拌配成MgSO4-MgO-H2O三元体系，然后经过充分的水化反应形成一种气硬性胶凝材料。与普通硅酸盐水泥制备工艺相比，硫氧镁水泥无需烧结、蒸养等制造过程；且硫氧镁水泥制造过程中无粉尘、废气、废水和放射性产物的生成，具有节能环保的功能；此外，与普通硅酸盐水泥性能相比，硫氧镁水泥具有很多的优点，比如轻质、毒害小、防火阻燃、保温、腐蚀性低、耐水性能好、体积稳定性高、粘结力强等。因此，硫氧镁水泥的发展前景十分广阔。
为了降低高层建筑物自重，增强墙体的保温隔热性能，开发轻质建筑材料十分关键。基于硫氧镁水泥的轻质化改性已有很多(例如，公布号为CN113582657A、CN109678448A和CN111747723A的专利)，而本方案着重要解决的技术问题是：为了顺应国家节能减排、绿色环保的建筑理念，如何将农业废料如锯末等用于硫氧镁水泥材料中，调整材料的干密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质硫氧镁水泥材料及其制备方法，在配方中掺杂锯末以及聚苯颗粒以降低容重，使农业废料得到高值高效的利用，同时加入泡沫，制备一种符合轻质材料常规理化性能的产品。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种轻质硫氧镁水泥材料，其原料为：轻烧氧化镁、七水硫酸镁、水、改性剂、活性填充材料、惰性填充材料、发泡剂、稳泡剂；其中，轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30；水和七水硫酸镁的质量比为1:1；改性剂的添加量为氧化镁质量的0.75-1.5wt％；活性填充材料用量为氧化镁质量的10-30wt％；惰性填充材料用量为氧化镁质量的10-40wt％；泡沫量体积与氧化镁质量之比为0-4mL/g。
进一步地，所述轻烧氧化镁粉中活性氧化镁的含量为60％～69％。
进一步地，所述改性剂为柠檬酸。
进一步地，所述活性填充材料为粉煤灰。
进一步地，所述惰性填充材料为锯末、聚苯颗粒中的一种或两种。
进一步地，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂。
进一步地，所述稳泡剂为硬脂酸钙。
按技术方案，硫氧镁水泥碱性低，腐蚀性低且粘结性好，于是可以在其中加入轻质材料，如锯末、稻壳、粉煤灰等。粉煤灰的组成中含有SiO2和Al2O3等有活性的物质，具有水化反应活性，可以与氧化镁以及改性剂配合，水化反应生成的水化物可以填充水泥内部缝隙孔洞，改变微观结构从而防止了外部水分渗入，提高水泥的耐水性进一步减小密度的同时，还能提升镁水泥的保温隔热效果，同时也响应当今“节能减排”的口号，实现废弃物再利用，提高资源的利用价值。锯末可以减少水泥内部出现的膨胀应力分散不均匀的情况出现，进而解决水泥开裂变形的问题，在提高力学性能的同时，还提高的水泥的韧性。聚苯颗粒是很好的保温材料，可以将它加入硫氧镁水泥中，提升水泥韧性以及保温效果。
同时，本发明还提供上述轻质硫氧镁水泥材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取七水硫酸镁、水、改性剂，制成混合溶液A；称取氧化镁、活性填料、惰性填料，制成干混合物B；将所述混合溶液A与干混合物B混合并搅拌均匀，制备出料浆。
(2)将发泡剂、水、稳泡剂混合，快速搅拌预制泡沫，将所制泡沫加入步骤(1)所述料浆中，搅拌均匀。
(3)将步骤(2)所述搅拌好的料浆注入模具中成型后脱模，将试样置于空气中自然养护。
优选地，步骤(1)所述混合溶液A与干混合物B混合搅拌时间为10～15min。
优选地，步骤(2)所述水与发泡剂质量比为1：60；所述稳泡剂为硬脂酸钙。
优选地，步骤(3)所述成型时间为20～24小时；所述自然养护温度为20～28℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明使用的原料包含农业废弃物、成本较低的发泡剂，降低了硫氧镁水泥的生产成本。
(2)本发明制造过程不需要烧结以及蒸养，制造过程中无粉尘、废气、废水和放射性产物的产生，是一种新型绿色胶凝材料。
(3)本发明通过加入锯末和聚苯颗粒，制备了容重为0.78～0.99g/cm3，28d的试块抗压强度为7.9～15.0MPa的轻质硫氧镁水泥；通过泡沫和锯末、聚苯颗粒复掺，制备了体积密度为0.69～0.84g/cm3，28d的试块抗压强度为4.5～10.0MPa的轻质硫氧镁水泥。
附图说明
图1为本发明轻质硫氧镁水泥制备工艺流程图；
图2为本发明实施例2所制备的水泥试块外观；
图3为本发明实施例5～8所制备的水泥试块外观；
图4为本发明实施例5～6所制备的水泥试块扫描电镜图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
以下实例中，轻烧氧化镁粉中活性氧化镁的含量为60％～69％。
实施例1
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的30wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.5wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将料浆注入模具中成型24小时，然后脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例2
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的30wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.4wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将料浆注入模具中成型24小时，然后脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例2所制得的试块断面的形貌如图2所示，在断面处可以明显看到有细小的锯末，其中夹杂着聚苯颗粒。
实施例3
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.5wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将料浆注入模具中成型24小时，然后脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例4
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.4wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将料浆注入模具中成型24小时，然后脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例5
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将发泡剂、水、稳泡剂混合，其中水与发泡剂质量比为1：60，稳泡剂为硬脂酸钙，使用电动搅拌器对混合液快速搅拌20min，形成稳定状态泡沫；将所制泡沫加入料浆中，泡沫量体积与轻烧氧化镁质量之比为3mL/g，搅拌均匀，注入模具中成型24小时，脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例5所制得的试块断面的形貌如图3(a)所示，从图中可以看出，由于加入了泡沫，导致水泥试块内部变得十分蓬松，出现许多的细小的孔洞结构。
实施例5所制得的试块在扫描电子显微镜下的微观形貌如图4(a)所示。
实施例6
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的10wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.24wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将发泡剂、水、稳泡剂混合，其中水与发泡剂质量比为1：60，稳泡剂为硬脂酸钙，使用电动搅拌器对混合液快速搅拌20min，形成稳定状态泡沫；将所制泡沫加入料浆中，泡沫量体积与轻烧氧化镁质量之比为3mL/g，搅拌均匀，注入模具中成型24小时，脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例6所制得的试块断面的形貌如图3(b)所示，从图中可以看出，由于加入了泡沫，导致水泥试块内部变得十分蓬松，出现许多的细小的孔洞结构。
实施例6所制得的试块在扫描电子显微镜下的微观形貌如图4(b)所示。
实施例7
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的10wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.24wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将发泡剂、水、稳泡剂混合，其中水与发泡剂质量比为1：60，稳泡剂为硬脂酸钙，使用电动搅拌器对混合液快速搅拌20min，形成稳定状态泡沫；将所制泡沫加入料浆中，泡沫量体积与轻烧氧化镁质量之比为3.5mL/g，搅拌均匀，注入模具中成型24小时，脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例7所制得的试块断面的形貌如图3(c)所示，从图中可以看出，由于加入了泡沫，导致水泥试块内部变得十分蓬松，出现许多的细小的孔洞结构。
实施例8
一种轻质硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的1.0wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰、锯末和聚苯颗粒，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的20wt％，锯末用量为轻烧氧化镁质量的10wt％，聚苯颗粒用量为轻烧氧化镁质量的0.24wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将发泡剂、水、稳泡剂混合，其中水与发泡剂质量比为1：60，稳泡剂为硬脂酸钙，使用电动搅拌器对混合液快速搅拌20min，形成稳定状态泡沫；将所制泡沫加入料浆中，泡沫量体积与轻烧氧化镁质量之比为4.0mL/g，搅拌均匀，注入模具中成型24小时，脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
实施例8所制得的试块断面的形貌如图3(d)所示，从图中可以看出，由于加入了泡沫，导致水泥试块内部变得十分蓬松，出现许多的细小的孔洞结构。
对比例
一种硫氧镁水泥材料，其制备方法包括以下步骤：
称取七水硫酸镁、水、柠檬酸，制成混合溶液A，其中水和七水硫酸镁的质量比为1:1，柠檬酸的添加量为轻烧氧化镁质量的0.75wt％；称取轻烧氧化镁、粉煤灰，制成干混合物B，其中轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30，粉煤灰用量为轻烧氧化镁质量的30wt％；将混合溶液A与干混合物B混合并搅拌15min，制备出料浆；将料浆注入模具中成型24小时，然后脱模，将试样置于空气中、25℃温度养护。
本发明实施例1～8和对比例所制备的硫氧镁水泥材料的常规理化性能对比如下表。
表1
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种轻质硫氧镁水泥材料，其特征在于，其原料为：轻烧氧化镁、七水硫酸镁、水、改性剂、活性填充材料、惰性填充材料、发泡剂、稳泡剂；轻烧氧化镁和七水硫酸镁的质量比为100：30；水和七水硫酸镁的质量比为1:1；改性剂的添加量为氧化镁质量的0.75～1.5wt％；活性填充材料用量为氧化镁质量的10～30wt％；惰性填充材料用量为氧化镁质量的10～40wt％；泡沫量体积与氧化镁质量之比为0～4mL/g。
2.如权利要求1所述的轻质硫氧镁水泥材料，其特征在于，所述轻烧氧化镁粉中活性氧化镁的含量为60％～69％。
3.如权利要求1所述的轻质硫氧镁水泥材料，其特征在于，所述改性剂为柠檬酸。
4.如权利要求1所述的轻质硫氧镁水泥材料，其特征在于，所述活性填充材料为粉煤灰，惰性填充材料为锯末、聚苯颗粒中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的轻质硫氧镁水泥材料，其特征在于，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂。
6.如权利要求1所述的轻质硫氧镁水泥材料，其特征在于，所述轻质硫氧镁水泥材料的密度为0.69～0.99g/cm3，28d的抗压强度为4.5～15.0MPa。
7.一种如权利要求1所述的轻质硫氧镁水泥材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)称取七水硫酸镁、水、改性剂，制成混合溶液A；称取氧化镁、活性填料、惰性填料，制成干混合物B；将所述混合溶液A与干混合物B混合并搅拌均匀，制备出料浆。
(2)将发泡剂、水、稳泡剂混合，快速搅拌预制泡沫，将所制泡沫加入步骤(1)所述料浆中，搅拌均匀。
(3)将步骤(2)所述搅拌好的料浆注入模具中成型后脱模，将试样置于空气中自然养护。
8.根据权利要求9所述的轻质硫氧镁水泥的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混合溶液A与干混合物B混合搅拌时间为10～15min。
9.根据权利要求9所述的轻质硫氧镁水泥的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述水与发泡剂质量比为1：60；所述稳泡剂为硬脂酸钙。
10.根据权利要求9所述的轻质硫氧镁水泥的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述成型时间为20～24小时；所述自然养护温度为20～28℃。
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