氯氧镁水泥泡沫混凝土设计与应用基础研究

发布时间：2020-06-26 16:06

【摘要】：开发盐湖镁资源已引起政府高度重视,已成为科研、投资者的热点。青海察尔汗盐湖的镁资源品位高、储量大、杂质含量低、易于开采,是生产氯氧镁水泥制品的理想原料。氯氧镁水泥(Magnesium Oxychloride Cement,MOC)是以一定浓度氯化镁溶液拌合轻烧氧化镁粉而形成的气硬性胶凝材料,由于它具有凝固体质密、强度高、抗盐碱性能好、快速固化、以及易养护等优点,在许多领域都有广泛的应用。利用盐湖副产氯化镁制作成MOC泡沫混凝土材料,不仅能将大宗氯化镁直接应用于建材领域,实现资源的综合利用,而且资源的就近利用可突显经济价值,是一种在农牧区易推广且可行的途径。尤其在青海地区发展MOC泡沫混凝土研究与应用具有经济、环境、社会等诸多效益。因此,本文以MOC泡沫混凝土的设计制备及应用为研究方向,对其性能改善方法、形成条件、材料配合比的计算模型等基础问题做了系统的研究,并将研究成果展现于高寒地区的实际应用中,为MOC泡沫混泥土在高寒地区的生产、工程应用提供理论指导和现实方法。主要研究内容及结论如下:1)研究了粉煤灰+磷酸+纳米二氧化硅对MOC抗水性能的影响。通过纳米二氧化硅、磷酸、粉煤灰等改性剂的不同掺杂方式对MOC材料凝固时间、水化放热过程、抗压强度、耐水性、热稳定性、水化产物和微观形貌的影响研究,发现单独掺入工业级粉煤灰或纳米二氧化硅不能提高MOC的软化系数,磷酸+粉煤灰的掺入能够大幅度提高MOC的软化系数,而在磷酸+粉煤灰掺入的基础上加入纳米二氧化硅进一步提高了MOC基体的抗水性。同时,将粉煤灰+磷酸+纳米二氧化硅和粉煤灰+磷酸两种掺入方式在MOC泡沫混凝土体系中进行了研究,结果表明:两种掺入方式改善了MOC泡沫混凝土的抗水性,28 d强度保留系数至少能达到75%以上,能够满足MOC泡沫混凝土在基本应用中的要求。2)讨论了发泡方式对MOC泡沫混凝土的影响因素,同时分析了不同发泡剂对MOC泡沫混凝土孔结构、力学性能、容重、溶蚀性及形成机理等的影响。结果表明:化学发泡方式获得的MOC混凝土呈现上下层气孔大小不均的现象,而物理发泡方式获得的MOC混凝土气孔较均匀更适合于MOC材料的应用。物理发泡剂中动物蛋白类发泡剂获得的MOC泡沫混凝土无论是力学性能、结构稳定性还是抗水性能(材料基体的致密度)都表现良好。同时,结合物理发泡剂,通过MOC混凝土中泡沫的不同掺入方式研究了伴掺苛性白云石粉MOC泡沫混凝土容重、抗压强度及导热系数的关系。结果表明:苛性白云石粉和轻烧氧化镁粉配合比为3:1、4:1和2:1时MOC泡沫混凝土制品的性质比较相近,物理性能也较为稳定。其中原料配比为4:1时可在保证质量的同时兼顾MOC泡沫混凝土的经济性。3)通过对盐湖水氯镁石在水中的物理性能研究,得出溶液的质量分数与波美度的恒定差,并根据恒定差对传统的计算方法进行了改进,建立了简化的MOC卤水用量的计算模型。在此基础上,建立了MOC泡沫混凝土的水灰比计算模型,根据模型计算出MOC泡沫混凝土的自由水用量、调节水用量,并结合实验,确定出最佳水灰比和掺入改性剂后的最佳水灰比。4)基于前面的研究,对不同强度等级的MOC泡沫混凝土进行了实例计算,结果显示:设计值与实验结果一致。同时,将计算结果用于大体积MOC泡沫混凝土的生产和应用。对大体积MOC泡沫混凝土制备中出现的开裂、粉化现象进行了解析和改善。结果表明:开裂、粉化现象是MOC泡沫混凝土内部较大的温度梯度造成的,通过改变氧化镁活性掺量和抑制外部环境温度对泡沫混凝土内部的冲击,提高了大体积MOC泡沫混凝土的成品率。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528.2
【图文】：

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图 1.1 镁资源综合利用示意图Fig. 1.1 The schematic diagram for comprehensive utilization of magnesium resources1.2.2 MOC 泡沫混凝土的应用背景

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图 2.1 轻烧氧化镁的 XRD 图谱ig. 2.1 The XRD pattern of the light-burnt magne表 2.1 轻烧氧化镁化学组成

【参考文献】