摘要:

本文綜述了氯氧鎂水泥的研究進(jìn)展，介紹了氯氧鎂水泥的各種優(yōu)異的性能、缺陷和相變機(jī)理，總結(jié)了氯氧鎂水泥的改性方法及其制品的開發(fā)利用的情況。

1.概述

1867年索瑞爾（Sorel）發(fā)現(xiàn)用細(xì)粉末的氧化鎂與濃的氯化鎂水溶液混合后形成的膠凝物，它具有水泥的性質(zhì)，這種物質(zhì)稱為索瑞爾水泥 (Sorel Cement).因?yàn)樗饕怯陕然V（MgC12）和氧化鎂（MgO）凝結(jié)形成的，所以也叫氯氧鎂水泥(Magnesium Oxychloride Cement或MOC)。

氯氧鎂水泥的材料主要由兩大部分組成:一部分是基本材料（MgO、 MgC12和H20），它們形成的MgO-MgC12-H20三元化合物結(jié)晶復(fù)鹽是氯氧鎂水泥的硬化體，其中最主要的是3MgO·1 MgC12·8 H20結(jié)晶相簡稱3相和5MgO·1MgC12·8 H20結(jié)晶相簡稱5相。另一部分是外加劑，是指各種能改善氯氧鎂水泥性能的有機(jī)和無機(jī)材料。

在國際衛(wèi)生組織公布了石棉為第一類名列榜首發(fā)致癌物質(zhì)，從而禁止了石棉及含有石棉的板材在建筑工程中使用，氯氧鎂水泥板材成了取而代之的理想材料，原因在于它具有許多優(yōu)于硅酸鹽水泥的性能（如：凝結(jié)快硬化快、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性好、堿度低耐腐蝕、黏結(jié)性好、耐火隔熱性能好等）。同時(shí)，氯氧鎂水泥還存在著許多缺陷（如：返鹵泛霜、耐水性差、翹曲變形、開裂等），嚴(yán)重制約了它的發(fā)展。為尋求解決這些缺陷的方法，國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的研究并取得了很大的進(jìn)展。
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2.氯氧鎂水泥的相變機(jī)理

氯氧鎂水泥的主要原料是輕燒氯氧鎂水泥粉（MgO）和六水氯化鎂（MgC12·6H20）。兩者在水溶液中就形成了MgO- MgC12-H20三元反應(yīng)體系，它們之間進(jìn)行著十分復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。主要反應(yīng)產(chǎn)物有四個(gè)晶相：5MgO·MgC12·8H20相（5相）、3MgO·MgC12·8H20相（3相）、2MgO·MgC12·4H20相（2相）、9MgO·MgC12·5H20相（9相），所有這些相都可以用化學(xué)式Mgx(OH)y·C1·nH20表示。可以認(rèn)為這些相是通過Mg(OH)2和MgC12 發(fā)生反應(yīng)，或者是簡單離子Mg2+、Cl-和OH-之間的結(jié)合而得。

氯氧鎂水泥在常溫下硬化的主要產(chǎn)物為5相和3相，它們是氯氧鎂水泥硬化體的主要成分，決定著氯氧鎂水泥的性能。因?yàn)?相為亞穩(wěn)定相，所以5相和3相在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)變。這些相的轉(zhuǎn)變與MgO/MgC12之比具有很密切的關(guān)系，有的學(xué)者總結(jié)出了5相和3相的穩(wěn)定性與PH值之間的關(guān)系：

PH=6.1-6.3時(shí)，?????? 3相穩(wěn)定
PH=7.6-7.7時(shí)，?????? 5相穩(wěn)定
PH=8.2-9.0時(shí)，??? [Mg(OH)2]穩(wěn)定

一般情況下，氯氧鎂水泥水化反應(yīng)3-4h后系統(tǒng)中開始出現(xiàn)5相，隨之未溶解的MgO逐漸溶解減少，5相逐漸增加，硬化反應(yīng)一天后，5相幾乎達(dá)到最大值，MgO消失。

由于氯氧鎂水泥的MgO- MgC12-H20三元體系是一個(gè)亞穩(wěn)定結(jié)晶體系，具有一定的不穩(wěn)定性，所以氯氧鎂水泥在長期的使用過程中，各個(gè)相會(huì)隨著環(huán)境的不同而發(fā)生各種各樣的轉(zhuǎn)變，從而影響到氯氧鎂水泥的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致氯氧鎂水泥喪失應(yīng)有的強(qiáng)度和韌性。
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2.1 在大氣中的相變

大多數(shù)的氯氧鎂水泥制品都是暴露在大氣中的，因此大氣對它的影響是最大的。特別是大氣中的CO2和水蒸氣對它的影響。
許多研究表明5相和3相在大氣中受到CO2和水蒸氣的作用，會(huì)發(fā)生相變生成2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O(氯碳酸鎂鹽)。其反應(yīng)如下：

5MgO·MgC12·8H20+CO2+H2O→2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O
3MgO·MgC12·8H20+CO2+H2O→2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O

此時(shí)反應(yīng)并沒有結(jié)束，2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O還不是最終穩(wěn)定產(chǎn)物。在CO2和水蒸氣的作用下還會(huì)繼續(xù)碳化和溶解，經(jīng)過雨水的沖刷后，復(fù)鹽中的MgC12被沖走，最后又轉(zhuǎn)變?yōu)镸g(OH)2·MgCO3·3H2O和水氯氧鎂水泥礦4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O以及MgCO3等。相變反應(yīng)式如下：

2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O+CO2+H2O→
4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+MgCO3·Mg(OH)2·3H2O+MgCO3
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2.2? 在水中的相變

雖然氯氧鎂水泥很少在水中使用，但氯氧鎂水泥制品是用于室外，難免要受雨水浸泡，尤其是在雨量較多的地區(qū)，氯氧鎂水泥制品長期與雨水相接觸，相變不容忽視。

近些年，不少研究人員應(yīng)用先進(jìn)的分析設(shè)備證明：氯氧鎂水泥的硬化體浸水后5相和3相會(huì)向Mg(OH)2相轉(zhuǎn)變。隨著浸水時(shí)間的延長， 5相和3相含量逐漸減少，Mg(OH)2含量增加。其結(jié)構(gòu)從5相和3相緊密的纖維狀緊密結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成了Mg(OH)2的層狀松散結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致制品的孔隙率增大，強(qiáng)度下降，且更易吸潮。由于在反應(yīng)過程中有游離的MgCl2生成，會(huì)通過毛細(xì)孔遷移到制品表面，出現(xiàn)返鹵泛霜現(xiàn)象影響了制品的外觀。