利用沙漠沙制备氯氧镁水泥新型复合材料的研究进展

（1 宁夏大学生态环境学院，宁夏 银川 750000）

2 宁夏大学西北土地退化与生态系统恢复国家重点实验室培养基地，宁夏 银川 750021;

3 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏  银川 750021）

摘   要：氯氧镁水泥具有凝结硬化快、硬度高等优点，但是过高的制备成本限制了其大范围推广应用。利用有机和无机材料作为外加剂可以降低氯氧镁水泥的成本，但是效果却参差不齐。利用沙漠沙制备氯氧镁水泥复合材料，是近些年防沙治沙新材料制作的重要手段。本文综述了不同比例沙漠沙掺量对氯氧镁水泥结构特征、力学强度、耐水性和抗压强度的影响，并指明了沙漠沙制备氯氧镁水泥材料研究中存在的问题，提出未来发展趋势，以期为深入研究沙漠沙制备氯氧镁水泥新型复合材料提供参考。

关键词：氯氧镁水泥，结构特征，力学性能，耐水性，抗压强度

基金项目：宁夏重点研发计划项目（2019BFG02010）；2021年大学生创新创业训练计划项目

作者简介：康亚琪，1999.12，女，宁夏吴忠人，本科生，研究方向：环境科学。通讯作者：孟晨

沙漠沙通常是在暴晒的干燥自然环境下，风力搬运并沉积的产生的固体颗粒物物质，直径非常小，通常在0.25mm以下，含碱量较高。沙漠沙特别地平滑，其具有一定的油性，但不具有可塑性。沙漠中的沙子基本上都是在原地风化而成，并没有历经远距离分选搬动，多种不同的粒径相互夹杂，所以配合比较差。

氯氧镁水泥（magnesium oxychloride cement，简称MOC）又被称作镁水泥、索瑞尔水泥等，是由具有一定活性的MgO、一定浓度的MgCl2及H2O等混合而成的一种MgO-MgCl2-H2O三元复合体系，是一种镁质胶凝材料。自1867年氯氧镁水泥被Sorrel发明，至今已有150多年的历史。与普通硅酸盐水泥相比，MOC具备机械强度高、早凝硬化快、耐磨耐火性能好、抗化学侵蚀性好、导热系数低等良好性能^[3]。虽然氯氧镁水泥具有不少优良的性能，而且制备工艺简单，但是其耐水性较差，容易发生返卤泛霜、翘曲变形等现象^[4]，故而大大限制了其在建筑材料上的应用。为克服其弊端，使氯氧镁水泥在土木工程材料领域上广泛使用，国内外学者对氯氧镁水泥及其制品进行了研究^[5]。制备MOC的材料主要包括：卤水、氧化镁等。青海察尔汗盐湖地区开发过程中会生产氯化钾肥料，导致氯镁石副产品大量剩余，不仅造成资源浪费，还引起了环境污染^[6]，如果将其作为氯氧镁水泥的生产原料，大量投入到氯氧镁水泥的生产制备当中，不仅绿色环保，而且对沙漠环境无污染，符合我国的可持续发展战略，对荒漠化防治及生态环境治理都具有重要的现实意义^[7]。

利用沙漠沙制备的氯氧镁水泥新型复合材料是具有一定的防火耐热性、耐老化，且绿色环保节能的无机材料，用于解决公害污染。除了用作沙漠固沙障外，它还可以制作防火板、保温复合隔离板等。表1轻烧氧化镁的主要化学成分^[6]

表1 轻烧氧化镁的主要化学成分^[6]

Tab. 1 Chemical compositions of light burned magnesia         %

1  掺和沙漠沙对氯氧镁水泥结构特征的影响

查阅有关文献可知，氯氧镁水泥材料的孔结构影响其导热系数。加入不同比例沙漠沙后，水泥性能改变有两个原因：一是改变了混合材料本身的材料性能；二是孔结构改变而影响了性能[8]。因此需探究加入不同比例后对氯氧镁水泥材料孔结构的影响。

氧化镁材料成本较低，沙子填料取自沙漠细沙,材料取材方便,可就地取材,大大的降低了防沙固沙的成本。氯氧镁水泥材料风蚀能力、耐水性、抗寒抗冻性能优异,使用周期长,不会造成二次污染,较之其它防沙材料具有耐候性、抗腐蚀、抗风化、力学性能优良、安装整体性强。经过测试镁水泥固沙板材料抗压强度、抗折强度都能达到较高水平，除此之外，研究人员通过向氯氧镁水泥中掺入适量天然沙漠沙以提高其抗压强度，因为添加细沙后填充了镁水泥内部的裂缝和孔隙，但细沙掺量不宜过大。

2  掺和沙漠沙对氯氧镁水泥抗压强度的影响

随着养护龄期的延长，不同沙漠沙掺量的MOC的抗压强度逐渐减小。在养护龄期一定的条件下，掺入沙漠沙降低MOC的抗压强度，这是由于沙漠沙的水化活性低于轻烧氧化镁。试验中随着养护龄期的延长后期也可能由于盐卤与未反应的MgO和其他物质反应，生成水化硅酸镁等凝胶物质，从而提高其后期强度。

（1）氯氧镁水泥的抗压强度在相同条件下远高于普通硅酸盐水泥。

（2）卤水一定的比例下，掺加沙漠沙会降低氯氧镁水泥材料的抗压强度，沙漠沙掺量越大，对氯氧镁水泥的早期抗压强度越不利，但后期可能由于盐卤效应增加强度。

（3）沙漠沙的加入以及掺量的增加没有使氯氧镁水泥混凝土产生新的结晶化产物，但增加了氯氧镁水泥混凝土的孔隙率。随着沙漠沙掺量的增加，MOC的总孔隙率逐渐增大。

3  掺和沙漠沙对氯氧镁水泥耐水性的影响

通常氯氧镁水泥水化晶体存在多种形貌，如纤维状、叶片状、板状、凝胶状等，不同形貌的晶体虽然结构相同，但耐水性具有显著差异，一般凝胶状最优，细长纤维状最差。虽然通过改变氯氧镁水泥晶体结构可以从根本上解决水泥耐水性问题，但通常氧氧镁水泥水化产物的结构比较固定，从改变水化产物结构方面改善氯氧镁水泥耐水性比较困难。巴恒静等人研究MgO/MgCl2摩尔比对水化产物耐水性和品体形貌的影响，发现MgO/MgCI2摩尔比为6时水泥浆体的碱性较大，水化产物水稳定性较高，而王发洲等人发现当MgO/MeCl2摩尔比为5：7时有利于形成致密结构。矿物掺合料、有机外加剂等方式进一步改善氯氧镁水泥的结构状态，减少外部水分浸入。提高氯氧镁水泥耐水性的措施很多，如减少水分浸入通道、改变水化产物晶体结构或形貌以及隔离水分的接触，这些方法并不是单一进行而是复合改性相互影响，但氯氧镁水泥耐水性仍然没有得到显著改变，而氯氧镁水泥的主要应用领域还处于干燥、无水环境中。

4  沙漠沙制备氯氧镁水泥的用途研究进展

MOC具有强度高，弱碱性和低腐蚀性，粘结性好，较好的耐磨性，耐高温等优点，在工程应用范围较广。近年，我国研究人员在固沙材料研究方面取得较大进展其中不乏固沙性能优异且符合生态环保要求,制备施工工艺简单、能较大节省固沙成的固沙材料,通过总结我国近几年固沙新材料研究成果(表2),分析当前我国固沙新材料研究方向不足。

表2我国近几年固沙新材料研究成果

5  展望

目前，针对粉煤灰制备的氯氧镁水泥复合材料的部分性能以及粉煤灰的掺入对氯氧镁水泥复合材料的影响已有基本了解。为深入验证沙漠沙的掺入对氯氧镁水泥复合材料的影响，需要对以下几个问题进行深入研究：

根据我国国情以及上述对氯氧镁水泥性能的介绍，笔者认为，可以通过掺加各种外加剂进行改性，以大幅度提高被加固复合材料的抗压性和耐水性。氯氧镁水泥固沙板复合材料今后的研究方向主要集中在改性剂的添加。

我国沙漠影响范围广大，新型固沙材料的生产研发必须考虑成本问题，选用来源广泛的氯氧镁水泥混合天然沙漠沙作为原材料生产固沙障，并进一步实验测试改进生产工艺，扩大该材料应用范围将成为今后固沙材料的重要研究方向。

参考文献

[1] 李领肖,陈雄木,刘秀英,赵风清.氯氧镁水泥耐水改性剂的研究[D].河北科技大学,2019.

[2] 王英姿,邱振新.浅谈氯氧镁水泥制品的性能及发展状况[J].居业, 2000, 000(004):38-40.

[3] 余海燕,胡林童.氯氧镁水泥研究新进展[J].天津城建大学学报,2021,27(03):161-167+184.

[4] 何梁.碱式硫酸镁水泥混凝土的配合比设计方法研究[D].南京航空航天大学,2016.

[5] 何祯辉.发泡氯氧镁胶凝材料的改性及复合表面活性剂体系对其性能影响的研究[D].河北工业大学,2016.

[6] 冯超,关博文,张奔,陈华鑫,房建宏.外加剂对氯氧镁水泥水化过程影响[J].长安大学学报(自然科学版),2019,39(05):1-10.

[7] 张政涛,陈惠苏,袁海峰,邱克超.秸秆-氯氧镁水泥墙体保温材料配合比设计方法[J].东南大学学报(自然科学版),2010,40(S2):28-33.

[8] 郭赵梁,白利霞,王克佳,等.氯氧镁水泥含量对聚苯乙烯泡沫板性能的影响[J].建材与装饰,2019(23).

[9] 郑卫新,常成功,肖学英,等.发泡剂对氯氧镁水泥材料的适宜性研究[J].盐湖研究(4)

来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>