石灰石粉对氯氧镁水泥性能的影响

・１２８・　材料导报Ｂ：研究篇　２０１５年５月（下）第２９卷第５期　石灰石粉对氯氧镁水泥性能的影响　杨　涛　，关博文。，王永维　，杨晓凯　，陈华鑫　，张彦兵ｓ　（１长安大学公路学院，西安７１００６４；２长安大学交通铺面材料教育部工程研究中心，西安７１００６４；３榆林市建设工程质量　安全监督中心站，榆林７１９０００）　摘要　为合理利用生产石灰石集料的副产品——石灰石粉，发展绿色建筑材料，研究了不同掺量石灰石粉对　氯氧镁水泥初凝时间、终凝时间、强度、耐水性及耐硫酸盐腐蚀性能的影响，并观察了掺入石灰石粉后氯氧镁水泥微　观形态的变化　试验结果表明：随着石灰石粉掺量的增加，镁水泥的初、终凝时间延长，强度逐渐降低，耐水性也逐渐　降低，但硫酸盐侵蚀性能较好。在微观形态上表现为：石灰石粉的加入使胶凝相更为分散，生长出大量细长的晶体；　清水浸泡时生成了大量大孔隙，硫酸盐腐蚀时生成片状晶体；但掺量即使达到４Ｏ　，镁水泥的强度一样可以接近普　通硅酸盐水泥的２倍。将石灰石粉大量取代轻烧粉加入氯氧镁水泥中作为建筑材料使用，是大量利用石灰石粉可供　选择的良好途径。　关键词　石灰石粉氯氧镁水泥耐水性硫酸盐腐蚀　中图分类号：ＴＵ５２６　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０２３Ｘ．２０１５．１０．０３０　Ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　Ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　Ｐｏｗｄｅｒ　ｏｎ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　Ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ　Ｃｅｍｅｎｔ　ＹＡＮＧ　Ｔａｏｌ一，ＧＵＡＮ　Ｂｏｗｅｎ２，ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇｗｅｉ　，ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏｋａｉ　，　ＣＨＥＮ　Ｈｕａｘｉｎ０，ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎｂｉｎｇ０　（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００６４；２　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ　ａｎ　７１００６４；３　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｙｕｌｉｎ，Ｙｕｌｉｎ　７１９０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ－ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ，ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｇｒｅｅｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ，ｆｉｎａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇ—　ｎｅｓｉｕｍ　ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｃｈａｎｇｅｓ　ａｆｔｅｒ　ｉｎｃｏｒｐｏ—　ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎ—　ｃｒｅａｓｉｎｇ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｃｅｍｅｎｔ　ｉｎｉｔｉａｌ　ａｎｄ　ｆｉｎａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ，ｂｕｔ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｏ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｊｏｉｎ　ｉｎ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗ—　ｄｅｒ　ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｔｈｅ　ｇｅｌｌｉｎｇ，ｇｒｏｗ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｅｌｏｎｇａｔｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｓ，ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｏａｋｉｎｇ　ｌａｒｇｅ　ｐｏｒｅｓ，ａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｆｌａｋｙ　ｃｒｙｓｔａｌｓ　ｉｎ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｅｏｒｒｏｓｉｏｒＬ　Ｂｕｔ　ｅｖｅｎ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　４０　，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｃｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｃｌｏｓｅｄ　ｔＯ　ｔＷＯ　ｔｉｍｅｓ　ｔｈｅ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　Ｐｏｒｔｌａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ．Ｒｅｐｌａｃｉｎｇ　ｌａｒｇｅｌｙ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐｏｗｄｅｒ　ｂｙ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ａｓ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｃｈｏｉｃｅ　ｆｏｒ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ。ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｏｘｙｅｈｌｏｒｉｄｅ　ｃｅｍｅｎｔ，ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　０　引言　石灰石是建造房屋、修筑公路的主要原材料，约占全部　原材料的７Ｏ　以上。在开采石灰石、生产机制砂时会产生大　研究表明，采用内掺时，混凝土的抗折、抗压强度、弹性模量、　干缩性能随掺量的增加而下降；采用外掺时，掺量在２５　以　内，混凝土的强度提高，但弹性模量与耐久性有一定的降低。　Ｂｏｎａｖｅｔｔｉ等口　研究表明，内掺１Ｏ　石灰石粉对混凝土的早　期强度有利，但会降低混凝土的２８　ｄ强度。Ｙｉｌｍａｚ等＿３］研究　量的石灰石粉，这些石灰石粉常作为废物丢弃或堆积，不仅　占用场地，而且造成大量浪费。　表明，石灰石粉和粉煤灰复掺比单独掺加粉煤灰混凝土强度　有一定提高，但与不掺外掺剂水泥相比，强度有所降低。陈　剑雄等　研究得出，石灰石粉的外掺量在５　～１０　时，对混　目前，国内外专家学者对石灰石粉作为矿物掺合料加入　普通硅酸盐水泥混凝土中进行了大量的研究。Ｔａｋａｍｉ等　ｊ　＊国家自然科学基￣：（５１３０８０６２）；中国博士后科学基金（２０１３Ｍ５４０７２６）；中央高校基本科研业务资金（２０１４Ｇ１３１１０８４）；西部建筑　科技国家重点实验室（筹）开放课题；青海省交通科技项目（２０１３—０４）　杨涛：男，１９９０年生，硕士，研究方向为道路建筑材料　Ｅ－ｍａｉｌ：９２０６８８０９０＠ｑｑ．ｃｏｍ　关博文：通讯作者，男，１９８５年生，博士，讲　师，研究方向为道路结构与材料Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕａｎｂｏｗｅｎ２００１＠１６３．ｃｏｍ　石灰石粉对氯氧镁水泥性能的影响／杨　涛等　凝土早期强度有明显提高，外掺量超过２０　，则？昆凝土强度　开始下降，当石灰石粉采用内掺时，混凝土强度则会降低。　・　１２９　・　３Ｏ　、４Ｏ　，测试不同石灰石粉掺量对氯氧镁水泥初、终凝时　间的影响，每个掺量下所用的卤水量相同。　对每个石灰石粉掺量的氯氧镁水泥成型砂浆试件，其砂　浆配合比见表３。试件成型前，先将氯化镁溶于水中形成卤　郭育霞等　得出石灰石粉外掺量在０　～２０　内，对混凝土　的抗渗性和抗冻性能有利，采用内掺法时，石灰石粉会降低　混凝土的耐久性。刘牧天等［６］研究了粗石灰石粉对水泥混　水溶液，再按照ＧＢ／Ｔ１７６７ｌ一１９９９｛水泥胶砂强度检验方法》　成型试件，在室温下放置１　ｄ后拆模，然后将试件放于空气中　养护２８　ｄ，测试每组掺量的２８　ｄ强度（每组３个试件）；之后　将养护２８　ｄ不同掺量的试件放于清水和１Ｏ　的硫酸盐溶液　中浸泡２８　ｄ（每个掺量各一组），同时用水泥做一组对照组　（水灰比为氯氧镁水泥中水与轻烧粉的质量比），测试各组砂　凝土的影响，当外掺量为８　时，对水泥的水化有促进作用，　对混凝土的强度影响很小，但掺量提高时会降低混凝土的强　度。从上述研究结果可以看出，当石灰石粉掺量较小且采用　外掺时，才可能对混凝土的强度有一定的提高，掺量较大时，　不利于混凝土的强度发展；采用内掺法虽能减少水泥的用　量，但强度下降较快。　氯氧镁水泥是一种早期强度较高的胶凝性材料，具有凝　结硬化快、防火、防腐、防虫害等特点，已被大量应用于建筑　材料之中。李鸿棵　］研究了将大理石、花岗岩等废石料粒掺　人氯氧镁水泥中对强度的影响，而将石灰石粉掺入氯氧镁水　泥中的研究报道很少，研究石灰石粉大掺量代替氯氧镁水泥　中的轻烧粉，对提高石灰石粉资源的利用、发展绿色建筑材　料具有重要意义。基于此，本工作研究大掺量石灰石粉对氯　氧镁水泥性能的影响，重点研究不同石灰石粉掺量对氯氧镁　水泥凝结时间、强度及耐水性的影响。　１　实验　１．１　原材料　（１）砂：级配良好的中砂，细度模数２．７０，表观密度２．６４　ｇ／ｃｍ３。（２）轻烧菱镁石粉：氧化镁含量大于８Ｏ％，其主要成　分见表１。（３）氯化镁：工业镁盐六水氯化镁，氯化镁含量大　于４５　。（４）石灰石粉：比表面积４３０　ｍ。／ｋｇ，其主要化学成　分见表２。（５）硫酸盐：分析纯无水硫酸钠，含量大于９９．５　。　（６）水泥：冀东水泥厂生产的Ｐ．Ｑ　４２５。　表１轻烧菱镁石粉的主要化学成分（％）　Ｔａｂｌｅ　１　Ｍａｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｂｕｒｎｅｄ　ｍａｇｎｅｓｉｔｅ　ｐｏｗｄｅｒ（％）　表２石灰石粉的主要化学成分（　）　Ｔａｂｌｅ　２　Ｍａｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ（　）　１．２实验方法　采用内掺法用石灰石粉代替氯氧镁水泥中的轻烧粉，按　ＧＢ／Ｔ１３４６—２００１｛水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检　验方法》测试其凝结时间，采用维卡仪测定氯氧镁水泥初、终　凝时间。试验时轻烧粉的量为５００　ｇ，用水为氯化镁的卤水　溶液（氯化镁、水物质的量比为１：１８），掺量为０、１０　、２０　、　浆的抗折、抗压强度。　表３镁水泥砂浆配合比（ｇ）　Ｔａｂｌｅ　３　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒ　ｒｅｃｉｐｅ（ｇ）　２结果及讨论　２．１初、终凝时间　不同石灰石粉掺量氯氧镁水泥的初凝和终凝时间的影　【Ⅷ、厦营　响见图１。　ｍ　ｍ　ｍ　０　０　∞　Ｏ　０　ｌ０　２０　３０　４０　５Ｏ　石灰石粉掺量，％　．量　量　屉　营　醛　瓣　０　１Ｕ　２０　３０　４０　５０　石灰石粉掺量，％　图１不同石灰石粉掺量下氯氧镁水泥的初、终凝时间　Ｆｉｇ，１　Ｉｎｉｔｉａｌ　ａｎｄ　ｆｉｎａｌ　ｓ￣ｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｃｅｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　从图１可以看出，在相同卤水用量下，掺入石灰石粉会　延长氯氧镁水泥的初凝和终凝时间，掺量越大，镁水泥的初　凝和终凝时间越长，当掺量从１Ｏ　升至４Ｏ　时，初凝时间分　别延长了１５　、２４　、３９　、４８　，终凝时间分别延长了１６％、　３４　、５２　、７Ｏ　，镁水泥的初、终凝时间与石灰石的掺量近　似呈线性关系，初凝时间与石灰石粉掺量的相关系数为　０．９８８４，终凝时间与石灰石粉掺量的相关系数为０．９９９４２。　Ｏ　０勰