环氧树脂改性碱式硫酸镁水泥的制备及性能研究.pdf

中文摘要

碱式硫酸镁(Basicmagnesiumsulphate,BMS)水泥是一种弱酸改性硫氧镁水

泥，是由氧化镁粉和硫酸镁溶液制得，其水化产物为针杆状的5·1·7相

(5Mg(OH)·MgSO·7HO)晶体。BMS水泥作为一种低碳绿色环保型气硬性水泥，

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其特征包括质轻、快凝、制备工艺简单、能耗低等特点。但是，BMS水泥目前

在使用及性能上存在许多问题，如原料氧化镁来源差异性大造成水泥基本性能

不稳定；外加剂的使用会导致其早期水化速率缓慢；粉煤灰(Flyash,FA)等固废

掺和料在弱碱性的碱式硫酸镁水泥体系中不能激发其火山灰活性，只能充当微

集料起物理填充作用。此外，呈针杆状相互交错生长的5·1·7相使得水泥内部孔

隙率较大，导致耐水性较差。这些问题的存在严重制约着BMS水泥的工业化应

用。本文首先以粉煤灰（Flyash，FA）为矿物掺合料、环氧树脂(Oil-based

epoxyresin,OER)为有机改性剂、BMS晶种乳液为无机改性剂，制备了性能优异

的有机-无机改性FA-BMS水泥，揭示了OER改性对BMS水泥早期水化反应的

影响机制以及对其性能的影响。论文的主要研究内容及结论如下：

（1）采用OER改性BMS水泥，成功制备了有机聚合物改性的BMS水泥。

结果表明，环氧树脂的加入可以改善由于添加改性剂柠檬酸(CA)导致的水化速

率减缓和早期强度低的问题。均匀分散的环氧树脂在胶凝材料中将料浆包裹，

形成了三维网状结构，填充在水泥空隙中，形成大量的微水化反应区域，减缓

了517相的形成，但因其迅速固化，起到骨架作用，促进了后期水化反应的进

行，加入0.75%的环氧树脂强度高达65.4MPa。同时环氧树脂的加入也提升了

BMS水泥的耐水性能，掺入1%OER的试块在泡水后软化系数最高达0.8(44.8

MPa)。

（2）通过OER和BMS晶种乳液协同改性，制备了性能优异的FA-BMS水

泥(FA掺量为30%)。结果表明，加入0.75%OER和2%晶种乳液后终凝时间最

短缩至184min。FA的火山灰活性在碱式硫酸镁水泥的弱碱性环境不能被有效

激发，但可以填充在5·1·7针杆状晶相孔隙结构中，改善FA-BMS水泥的耐水

性。环氧树脂的加入形成的三维网状结构的聚合物网填充在晶相间隙；晶种乳

液提供大量晶核，从而绕过高能垒的晶体成核过程，越过早期水化中间产物的

生成阶段，水化中间产物直接在加入的晶核表面快速生长，提高了水化反应速

I

率，加快活性氧化镁的反应，促进5·1·7相的生成，两者协同作用使试块更加密

实；进一步提高耐水性能，使环氧树脂和晶种乳液协同改性FA-BMS水泥的耐

水系数达到0.92。

关键词：碱式硫酸镁水泥；环氧树脂；粉煤灰；耐水性

II

ABSTRACT

Basicmagnesiumsulfate(BMS)cementisatypeofweaklyacid-modified

magnesiumoxysulfatecement,whichisproducedfrommagnesiumoxidepowderand

magnesiumsulfatesolution.Thehydrationproductisneedle-shaped5·1·7phase

crystals(5Mg(OH)·MgSO·7HO).Asalow-carbon,environmentallyfriendly,and

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air-hardeningcement,BMScementischaracterizedbyitslightweight,fastsetting,

simp