MgO-SiO2-H2O胶凝体系脱水相再水化特性研究

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我国镁质资源储量巨大,镁质胶凝材料具有轻质、耐火和抗冲击等优异性能,在装饰、节能和环保等方面得到了大量应用。目前镁质胶凝材料有氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、磷酸镁水泥和硅酸镁水泥,其中硅酸镁水泥是指常温条件下制备的MgO-SiO2-H2O体系。MgO-SiO2-H2O胶凝体系是指在机械力化学活化、热液及常温条件下,将镁质原材料(菱镁矿、白云石和富镁石灰石等)和硅质原材料(石英、硅灰和硅胶等)加水拌和而成的胶凝体系,其水化产物主要为Mg(OH)2和水化硅酸镁(M-S-H)凝胶。为了发展循环经济,促进建筑材料行业的可持续发展,本研究采用轻烧MgO与硅灰(SF)为原材料,开展了MgO-SiO2-H2O体系再水化过程的研究。通过研究M-S-H在煅烧过程中化学组成与结构演变,揭示了M-S-H脱水相的再水化过程及再水化机制。通过XRD、热分析(DSC、DTG和TG)和扫描电镜(SEM)等手段,研究了MgO-SiO2-H2O体系的化学组成、物相变化和微观结构;通过水化热测试研究了M-S-H脱水相再水化的反应特性,并对其力学性能进行了表征。养护龄期、MgO掺量和水灰比是影响MgO-SiO2-H2O体系抗压强度的重要因素。MgO-SiO2-H2O体系早期的反应产物主要为Mg(OH)2和M-S-H凝胶,试样孔隙较多,结构疏松,抗压强度较低;随着养护龄期的增长,M-S-H凝胶不断增多,Mg(OH)2减少,结构逐渐致密,抗压强度有所提升。MgO掺量会影响结构的致密程度,且Mg(OH)2含量随MgO掺量增加而增加,从而导致试样的强度下降。孔隙率随着水灰比的增大而增大,且增大水灰比有利于Mg(OH)2的产生,从而引起强度下降。MgO-SiO2-H2O体系脱水过程中,煅烧温度较低时(200℃煅烧2h)体系主要成分为MgO、SF、Mg(OH)2和M-S-H凝胶,颗粒间有少许孔隙,粘接强度低。随着煅烧温度的升高(500℃和700℃),颗粒间孔隙进一步增大,MgO和硅酸镁结晶相含量增加,M-S-H凝胶减少,Mg(OH)2消失。900℃煅烧2h后,难以观察到M-S-H凝胶,SF颗粒、顽辉石和镁橄榄石团聚在一起,颗粒间的孔隙较多、粘接强度低,结构疏松。MgO掺量、煅烧温度、水灰比与养护龄期会对M-S-H脱水相再水化试样的强度产生影响,MgO最佳掺量为50%。当脱水相煅烧温度较低时(200℃),存在许多未脱水的水化产物,导致再水化后新生成M-S-H凝胶的量较少,再水化体系强度较低;随着煅烧温度的进一步提升(500℃和700℃),反应活性增大,再水化后新生成M-S-H凝胶的量增加,再水化体系强度增加;当煅烧温度达到900℃,脱水产物已经失去活性,再水化体系强度下降。将M-S-H脱水相外掺入MgO-SiO2-H2O体系有助于提升浆体的抗压强度,随着脱水相掺量增加(10%~50%),试样需水量增大,抗压强度呈先增大后减小的趋势,当脱水相掺量为30%时试样抗压强度最高。
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