辽宁镁水泥建筑物样品的解析研究
中国科学院盐湖研究所
夏树屏 陈若愚
（一）引言
我国镁水泥制品的应用有过三次兴落起伏时期。在58年大跃进时期进行过小型的镁小泥制品的生产，制作简易工棚，房屋地板，墙壁、窗框、桌子等，60年代中期又兴起了这方面的应用．在80年代特别近几年来又兴起了为镁水泥制品开辟新的广泛用途的热潮，’这是与我国木材生产供不应求，社会主义建设发展的需要形势有关，因而“以土代木”用各种菱镁制品代替木材制品为国家节省大量的木材小型生产厂林立全国，它具有实际的社会效益和经益效益。因为我国辽宁、山东、河北等地有丰富的菱镁矿资源，又有沿海盐场的老卤和西北察尔汗盐湖丰富的水氯镁石资源，成为我国开发菱镁制品的有利的资源基础。
镁水泥是由氧化镁（或菱苦土）和氯化镁（或硫酸镁）水溶液按一定的配比并渗有砂子、木屑（或玻纤、矿渣）形成的胶凝固化产物其它各容易与无机材料、有机材料粘合，易于调色和表面涂层，表面光洁度好，比水泥轻，美观、抗压、隔音、保温、介电等良好的物理性能优点，又因投资少、生产工序简单、收效快的持点，随着开放搞活的经济形势下、菱镁制品的生产林立全国，在墙壁、波瓦、包装箱、机械底座等各方面正在得到广泛的应用．但是由于镁水泥形成的产物相当复杂（不比硅酸盐水泥反应简单）。它在空气中会受到水份和二氧化碳的侵蚀反应，在室外制品受到日晒雨林的浸蚀和冲刷对其中的物相有显著的影响，抗水性差，随之发生形变，降低抗压强度和一些其它性能。这就是世界各国人们从基础和性能改善所注视的关键问题。
苏联、南斯拉夫，美国、日本等国家对镁水泥的形成过程、产物的晶相组成和性能改善方面作过不少的研究工作，如南斯拉夫Mafkovic、美国Sorrell, Cole等曾研究过它们的晶相组成、与二氧化碳水份作用及长期室外建筑的样品解析，但没有具体的数语和确切的结论。我国在这方面的研究较少，近年来才开始有所报导。
本文是针对辽宁锦西和营口的镁水泥室外建筑物经过25--30年后的大自然风化，浸蚀后的样品进行物相组成的分析，用现代的物理化学方法X--ray衍射，红外光谱、热分折和化学相结合的方法对样品进行解析研究，这对镁水泥的相变产物，镁水泥的改性和寿命的预测等提供实际样品的数据，奠定这方面的科学依据．
（二）实验部分
⒈样品的来源和处理：
样品1. 是58年锦西的镁水泥建筑物剥脱样，外表有明显的锯末和颗粒较大的砂石用SF1表示。
样品2．是62-65年间辽宁海城的镁水泥建筑物剥脱样，有砂子和锯木，此样用SF2表示.
样品处理：是用QM--1型球磨机将样品粉碎为100um以下装瓶，以备化学分析和物理化学方法鉴定用。
2．化学分析：
二氧化碳是用H2SO4分解碳酸盐产生的CO2用氢氧化钠吸收的方法，Mg++用Na2H2Y络合滴定，氯用硝酸汞法，碱用返滴定，ICP测量其中的微量元素。
3．物化分析：
用日本DMa/ IIIB型x-ray粉末衍射仪扫描样品，测定条件，Cu靶，40Kv, 30mA,。扫描速度0.50／分，0.10/分，间距0.01。
日立EP--I红外线光谱仪，KBr压片。
热分析是用CDR- I型热分析仪，升温速度10℃／分，走纸速度300mm／时，灵敏度士50uV。
（三）实验结果
1．化学分析结果列于表（1）， 从表（1）看出这两种样品有含氯量不多， P, si, Al, Ca 等杂质稀酸可溶物少，不溶渣占约1/4．是木屑、砂子隋性物质。SF1和SF2含CO2%相近，估计已达到极限吸收二氧化碳量．含镁和碱变相差较多，反应镁水泥制作配分差异氯氧化镁的含量不同．
表1 化学分析各元素含量
样品 |
CO2% |
Mg++% |
Clˉ% |
OHˉ% |
P% |
Fe% |
Si% |
Ca% |
Al% |
不溶渣% |
SF1 |
14.33 |
17.16 |
3.75 |
12.74 |
0.081 |
0.017 |
0.199 |
0.611 |
0.087 |
22.11 |
SF2 |
14.10 |
20.26 |
0.92 |
28.19 |
0.059 |
0.105 |
0.080 |
0.050 |
0.030 |
26.50 |
⒉ x--ray粉末衍射结果列于表（2）。扫描图如图（1）所示。表明SF1、SF2都含有Mg(oH)2硅镁化合物，碳酸镁及其复盐，SF2含有Mg5(CO3)4(OH)2 ，4H2O水菱镁矿，SF1含有氯氧化碳酸5Mg(OH)2Mgc12·8H20。为了弄清5Mg(OH)2·MgCl2·8H20 (5型)和3Mg(OH)2·MgCl2·8H20 (3型)氯氧化镁、MgO的含量进行了x-ray定量分析、其结果列于表（3）表3x—ray定量测定晶相的结果
| 样品 |
3型% |
5型% |
MgO% |
SF1 |
4.16 |
16.77 |
～0 |
SF2 |
4.99 |
⒉14 |
⒉14 |
表（3）可见两种样品中几乎没有MgO，大部分形成氢氧化镁，所保留的氯氧化、镁在SF1，样中较多约占1/4，而SF2中氧氧化镁显然很少。可以判断砂子中二氧化硅或菱苦土中带入的二氧化硅会与镁离子或氧化镁作用成为不溶的硅酸镁盐。
3．红外光谱分析的扫描图如图(2)所示，各种键振动和变形振动的谱带列于表(4)中。由红
表4 红外光谱各吸收谱带的归缩cm-1
Samle vOH (vOH) δOH vCI- vCO |
SF1 370VS3650w 3610W 3420SB 1650SH 1490S 1430S 1140WB 880S 855S 870S 795S
SF1(渣) 3430SB 2910BS 1510M 1430M 1350MB |
SF2 3700VS 3600S 3430SB 1650SH 1490S 1430S 1140SB 1040VS |
1620B 1460SH 1370W 880S 855S |
SF2(渣) 3700WSH 3600S 3620WSH 3430SB 2930SB 1600M 1460MSH |
外光谱的结果表明SF1中有 3610—3700cm-1 吸收峰是5型的持徽、3700cm-1处还有Mg(OH)2，在3330-3500之间的强赛吸收峰带是表徽有结构水存在。1430, 1490cm-1处肩峰和马鞍型吸收峰，与对应的1040峰是碳酸盐，水菱镁碳峰SF1和SF2两样的不同点SF2样中Mg(OH)2含量高，3型物相很少，而碳酸盐的峰更突出，总的来说在3700左右的峰形不同外，其它是很相似的。800-900cm-1的吸收峰是
4．热分析结果、
SF1和SF2样品的热分析图谱在脱水部分有较大差别，脱结拘水，Mg(oH)2的失水在400℃左右是十分相似的。图（3）表明SF1中5型氯氧化镁的脱水及Mg(OH)2失水．而SF2中仅少量的3型氯氧化镁、和其它相（碳酸盐脱水）由于热谱图仅作到600℃以下，故未观察脱碳（碳酸盐分解）的情况，峰值温度列于表（5）．
表5 镁水泥样品热分析结果
No 脱水峰温（℃ ）脱结构水和分解峰温（ ℃ ） 固相组成 |
SF1 124 155 192 259 325 398 443Mg(OH)2,Mg3(OH)5Cl 40H2O,Mg2(OH)3·Cl4H2O |
F2 78 253 405Mg2(OH)3Cl·4H2O Mg(OH)2 |
四、结论
1．本文采用物理化学现代方法，x一ray，红外光谱和热分析法，配合化学分析获得辽宁锦西和海城25～30年的镁水泥室外建筑物品的含量，相组成和镁化物的含量。从样品表现和分杆谬吉果表明当时是用菱苦土、砂子，锯末用MgCl2水溶液调制度成镁水泥简易房屋，栅。经过长期空气中暴露，吸收大量CO2，样品转化为含镁的碳酸盐，由于长期雨水冲洗其样品中初期的氯氧化镁已被水分解为Mg(OH)2和MgCO3，在SF2中出现水菱镁矿Mg(CO3）4(OH)2·4H2O这是Sorrel没有直接证明它的存在只是推测结果而我们从x一ray和红外分析的结果都证明了它由化矿物长期可以转化为天然矿物。
2．镁水泥中渗砂不仅有填充作用，在SF1，SF2样都有硅硝镁盐存在，它不仅溶解变小还有抗水作用，认为还可以减缓镁水泥性能的衰减。
3．镁水泥吸收空气中二氧化碳在初期固化产物中是Mg(OH)2·2MgCO3、MgC12·6 H20．若不与水分接触和冲洗这种氯氧碳酸盐不会变化，但当水与它作用其中Mgc12会溶于水中而流失，因而长时间冲淋后最终的产物都变成水菱镁矿。
4．镁水泥抗水性差，随之带来变形，若要保持镁水泥初期的相组成，抗压性能等一应改善镁水泥性能，必须深入研究碳化，水解对镁水泥性能的影响和将气硬性改变为水硬性的新型镁水泥后就可以作为长期使用的建筑室外用材料，就可以推广扩大其应用范围．
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