王亞茹，陳曉景，李淑新

(保定學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院，河北 保定 071000)

氯氧鎂水泥是由MgO-MgCl2-H2O三元體系組成的，與普通硅酸鹽水泥相比，是一種早期強(qiáng)度比較高的氣硬性膠凝材料，具有低溫凝結(jié)快、黏結(jié)強(qiáng)度高、干縮小和耐鹽腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)[1]。在我國西部地區(qū)，鹽湖分布廣泛，受鹽湖影響，這些地區(qū)的橋梁建筑、公路等混凝土基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遭到嚴(yán)重的腐蝕破壞。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)[2]，我國青海境內(nèi)的察爾汗鹽湖鹵水含鹽量超過400 g/L。廣闊的鹽湖可以提取大量含氯化鎂廢料，而氯化鎂作為氯氧鎂水泥的原材料，不僅可以降低生產(chǎn)成本，還可有效解決鹽害等問題，實(shí)現(xiàn)廢物利用，保護(hù)環(huán)境。

1 原材料組成

1.1 輕燒氧化鎂

我國是一個(gè)菱鎂資源豐富的國家，鎂資源儲(chǔ)量超過30億噸，占全球儲(chǔ)量的三成左右，居世界第一。目前使用的氧化鎂粉大多是由煅燒菱鎂礦得來，所以通常把氯氧鎂水泥稱為菱鎂材料或者菱鎂制品[3]。

輕燒氧化鎂是配制氯氧鎂水泥的重要組成部分，由煅燒菱鎂礦和白云石礦獲得。我國東北地區(qū)盛產(chǎn)菱鎂礦，西部地區(qū)盛產(chǎn)白云石礦，它們都是含碳酸鎂(MgCO3)的礦物，高溫下煅燒會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

(1)

輕燒氧化鎂粉的化學(xué)成分和技術(shù)性能指標(biāo)如表1和表2所示。

輕燒菱鎂粉貯運(yùn)時(shí)應(yīng)密閉防水防潮，防止吸收水分生成Mg(OH)2、MgCO3而失去活性。其中，MgO的含量在75%以上，顏色呈淺黃色，是活性較高的產(chǎn)品，用于氯氧鎂水泥的制備。菱鎂粉在不同煅燒溫度下物理特征如表3所示。

表1 輕燒氧化鎂化學(xué)成分 W/%

表2 輕燒氧化鎂技術(shù)性能指標(biāo)Tab.2 Technical performance indexes of light burned magnesia

表3 不同煅燒溫度下菱鎂粉物理特征Tab.3 Physical characteristics of magnesite powder at different calcination temperatures

1.2 氯化鎂

我國青海省等地分布著許多鹽湖，鹽湖可提取鉀肥，而提取鉀肥后的副產(chǎn)品就是氯化鎂。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展式提取鉀肥，必須及時(shí)處理氯化鎂，否則會(huì)造成鹽害，影響原有礦的結(jié)構(gòu)。氯化鎂易溶于水且極易潮解，應(yīng)用于潮濕的環(huán)境中會(huì)吸收空氣中的水分，達(dá)到飽和時(shí)過剩的氯化鎂就會(huì)從毛細(xì)孔泛出，俗稱為返鹵。

市售的氯化鎂一般分為不含結(jié)晶水和含結(jié)晶水的。通常在工程中使用的氯化鎂為六水氯化鎂，其主要化學(xué)成分如表4所示。

表4 六水氯化鎂化學(xué)成分 wt/%

氯化鎂在貯運(yùn)過程中應(yīng)嚴(yán)格密封包裝，否則容易受潮結(jié)塊，儲(chǔ)存時(shí)不得與其他物品混雜。

1.3 拌和用水與集料

試驗(yàn)所用拌和水為生活用水。集料碎石與氯氧鎂水泥各項(xiàng)力學(xué)性能具有相關(guān)性，通常根據(jù)不同的使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

2 產(chǎn)物反應(yīng)過程

氯氧鎂水泥性能通常受MgO、MgCl2以及H2O等原材料的影響，尤其以三者之間的比例影響最為顯著。但氯氧鎂水泥的水化反應(yīng)極其復(fù)雜，關(guān)于三種原材料最佳配合比例仍沒有達(dá)成一個(gè)共識。部分學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)摩爾比小于4時(shí)，氯氧鎂水泥內(nèi)部晶體相會(huì)由5·1·8(5Mg(OH)2-MgCl2-8H2O)相結(jié)構(gòu)向3·1·8(3Mg(OH)2-MgCl2-8H2O)相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。而當(dāng)摩爾比為4～6時(shí)，氯氧鎂水泥的性能達(dá)到最佳，內(nèi)部晶體會(huì)由3·1·8相結(jié)構(gòu)向5·1·8相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，當(dāng)摩爾比大于6時(shí)，容易形成3·1·8晶體相以及氫氧化鎂。在工程實(shí)踐中更傾向于形成5·1·8相結(jié)構(gòu)，即5Mg(OH)2-MgCl2-8H2O結(jié)構(gòu)。因?yàn)殒V水泥的水化反應(yīng)并不是簡單的離子反應(yīng)，而是一種聚合反應(yīng)， 其內(nèi)部為[Mg(H2O)6]2+，外部為[Cl-(O-Mg-OH)m]絡(luò)離子介穩(wěn)得到的。

通常認(rèn)為，組成材料MgO的技術(shù)指標(biāo)、MgCl2溶液的濃度、MgO與鹵水兩者之間摻量比例等會(huì)對氯氧鎂水泥膠凝材料的強(qiáng)度發(fā)展、耐久性、抗干縮變形能力等造成重大影響，并認(rèn)為MgO的活性以及比表面積應(yīng)處于一定的區(qū)間內(nèi)。過大或過小的活性以及比表面積均會(huì)對氯氧鎂水泥造成負(fù)面影響。此外，氯氧鎂水泥的耐水性不佳，通常要摻入部分外加劑，能達(dá)到改善耐水性效果較好的外加劑有磷酸、無機(jī)鹽類、磷酸鹽、有機(jī)類改性劑以及纖維類等。

3 結(jié)語

通過分析氯氧鎂水泥原材料的化學(xué)組成，對各原材料的物理特征和工程特性進(jìn)行了探討，總結(jié)了各種原材料對最終產(chǎn)物的影響。對氯氧鎂水泥的水化產(chǎn)物組成進(jìn)行了分析，5·1·8相是氯氧鎂水泥最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)組成，未來應(yīng)通過宏觀性能測試與微觀結(jié)構(gòu)測試兩方面分析其水化進(jìn)程。