矿用改性菱镁混凝土制品质量影响因素及质量保证措施

来源：建井技术 郭建明

(煤炭科学研究总院北京建井研究所，100013)

　　摘　要　阐述了影响矿用改性菱镁混凝土制品质量的主要因素，即原材料、配合比、生产工艺及养护制度；提出了制品质量的技术保证措施；指出该产品的大力推广应用，不仅将繁荣煤矿第三产业，而且将产生巨大的经济效益和社会效益。

　　关键词　菱镁混凝土制品　质量　影响因素　保证措施

　　我国从50年代就开始对菱镁混凝土材料进行了研究与应用，但是由于其耐水性差、返卤和起霜等主要原因，致使其后期强度下降，因而使用受到限制。近10几年来，随着我国经济飞速发展，建材需求猛增，该材料再度引起人们的xx，研究渐趋深入，应用也日益广泛。煤炭行业是钢材、水泥、木材的消耗大户，为了节钢代木，保护生态环境，从1993年起便开展了矿用改性菱镁混凝土制品的研究工作，目前已成功地研制出菱镁混凝土背板、水沟盖板、挡煤板、轨枕、锚杆托盘、单体支柱柱鞋、支架等系列制品，并已在全国10余个矿务局进行推广应用，取得了显著的技术经济效益与社会效益。但由于影响该产品质量的因素较多，有些生产单位对该技术掌握不够，因而造成产品质量下降，这在一定程度上影响了该产品的使用效果与生命力。

1　制品质量的影响因素

1.1　原材料
　　生产制品所用原材料对制品的质量均有不同程度的影响，影响制品质量的主要原材料有：
　　(1)氧化镁。又称轻烧镁粉(MgO)。生产用氧化镁要求选用正火料(煅烧温度为750～850℃的烧熟料)，氧化镁的含量大于75%，且活性氧化镁的含量不低于50%，氧化钙的含量小于2%，细度大于120目。正火料可以获得{zd0}的活性，并有利于保证制品的强度；欠火料与氯化镁溶液反应太快，积聚产生热膨胀应力，导致制品开xx形；氧化钙含量高也将造成制品开裂、翘曲。
　　(2)氯化镁。又称卤片，(MgCl2*6H2O)。生产用一般要求含量大于90%，SO42-含量小于2%，Na+含量不能过高。SO42-含量高将与氧化钙的水化物反应生成硫酸钙，体积膨胀，致使制品开裂；Na+含量过高将降低制品的耐水性，且在制品的表面形成白色的盐析物，即泛霜。生产制品时，使用的往往是按要求配置而成的浓度24～30波美度的氯化镁溶液，浓度不宜过高也不宜太低，过高会增加制品的脆性，太低会影响其强度。
　　(3)填料。一般选用具有活性的火山灰质材料，如粉煤灰，要求SiO2含量大于45%，含碳量小于10%，细度大于120目，含水率小于25%。含水率高时应进行堆放蒸发后再使用。
　　(4)增强材料。一般有竹筋和玻璃纤维，它们能与菱镁混凝土复合材料很好地结合，并能共同受力，增强了制品的韧性与抗弯承载能力。材料选择要合适，竹筋{zh0}为毛竹或慈竹，其抗拉强度大于150MPa，含水率控制在12%左右，且不得有霉烂和虫蛀；玻璃纤维宜用无碱或中碱的。
　　(5)外加剂。通常分为无机和有机两类。无机外加剂包括无机酸和无机盐，它们的掺加一定程度上可提高制品的强度，但同时又降低了材质的塑性。有机外加剂包括脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚脂树脂及固化剂，硅酸乙脂等表面活性剂，甲基丙烯酸甲脂乳液等等；掺加它们可以获得理想的塑性和良好的耐水效果，但掺量的多少又直接影响到制品的性能与成本，因而必须进行合理的控制。目前常把有机与无机外加剂复合起来使用，以获得成本较低且性能优良的制品。

1.2　配合比
　　(1)活性MgO/MgCl2的摩尔比。因其摩尔比不同，复合体形成的水化产物也不同，其结构的稳定程度也不一样。当活性MgO/MgCl2的摩尔比小于4时，复合体开始形成的主要水化产物是5Mg(OH)2*MgCl2*8H2O(简称5*1*8结构)，同时存在少量剩余的MgCl2；但随着时间的延长，5*1*8结构将转化为3Mg(OH)2*MgCl2*8H2O(简称3*1*8结构)，其转化速度随着摩尔比的降低而加快。当活性MgO/MgCl2的摩尔比为4～6时，生成的水化物5*1*8结构稳定，碳化缓慢。当活性MgO/MgCl2的摩尔比大于6时，常温下形成Mg(OH)2与5*1*8结构，这时的5*1*8结构不稳定，并将转化成3*1*8结构。由于5*1*8结构是复合体强度的主要贡献者，所以活性MgO/MgCl2的摩尔比小于4和大于6时配合比的混凝土后期强度均有不同程度降低。
　　(2)填料、锯末与MgO的比例。填料与锯末的颗粒大小、加量、含水率等都对制品性能有一定的影响。颗粒太大，加量太多，虽可降低制品的表观密度与成本，但却难以获得较高的强度；所以生产中一定要对其加以控制，一般二者的掺量最多不超过60%。

1.3　生产工艺及养护制度
　　(1)生产工艺。根据配合比先计算各材料的用量并称量。搅拌时，首先将粉料倒入轮碾式搅拌机(不能用砂浆搅拌机替代)并搅拌均匀，再将事先配置好的氯化镁溶液徐徐倒入，待搅拌均匀后加入锯末，再搅拌至均匀。成型时，将搅拌好的料分层倒入模具，分层夯实，并铺设相应的增强材料，{zh1}振动成型。
　　(2)养护制度。菱镁混凝土制品的硬化反应属于放热反应，反应温度上升很快而且很高。养护时应对其反应升温速度加以控制，以防止因过于集中的热膨胀应力而造成制品内部结构破坏(如脆化、开裂)，同时也防止因为氧化镁未能xx反应而造成严重返卤。此外，菱镁混凝土制品的硬化也需要一定的时间才能够达到较稳定的性能和理想的强度，脱模后，反应仍在继续进行；因此不能将其过早置于干燥的空气中养护，以免因水分散失太快而使反应不xx，并造成返霜、翘曲等现象。一般采用保湿养护，相对湿度{zh0}为40%～60%，时间{zh0}持续二周以上。

附图　生产工艺流程

2　制品质量的保证措施

　　(1)要对原材料的细度、凝结时间、净浆强度、安定性等物理力学性能进行检验，并分析其化学成分，以确保原材料和产品的质量。
　　(2)再次用加水水合法测定活性MgO的含量，按活性MgO/MgCl2的摩尔比为4～6初步进行混凝土配合比设计。为了获得更高的强度，摩尔比常取5～6，有时锯末与粉煤灰的含水率都较高，应及时测定其含水率，以便调整溶液的浓度及配合比。由于MgO极易吸潮，其活性受堆放环境与堆放时间的影响而变化很大，此外，锯末、粉煤灰的含水率也不是一成不变的，所以必须定期测定MgO的活性、锯末的含水率以及粉煤灰的含水率，以进行动态平衡的混凝土配合比设计，从而稳定产品的质量。
　　(3)外加剂是对菱镁混凝土制品改性的关键因素，其种类、掺量应根据原材料及制品性能加以确定，并满足经济、实用的要求。
　　(4)严格按照正确的生产工艺流程进行生产，并对制品进行合理的养护，不得违反操作规程及养护制度。
　　(5)建立产品检验机构，完善检验制度，认真抓好产品的出厂检验工作，确保产品质量，提高产品的合格率。

3　结　语

　　经过改性的矿用菱镁混凝土制品具有重量轻、强度高、韧性好、阻燃、耐水等特点，应用在煤矿中更具有其它制品不可比拟的优越性。只要生产单位能掌握其技术关键并严格产品质量管理，就可保证产品质量。该产品的大力推广应用，不仅将繁荣煤矿第三产业，而且将产生巨大的经济效益与社会效益。

作者简介

　　郭建明，男，1969年8月出生，工程师。1992年7月毕业于山东矿业学院土木系工民建专业，一直从事工程材料研究及锚杆检测工作。