摘  要：在菱镁胶凝材料使用发泡剂显著降低了制品的密度，并具有保温、隔热、隔音等性能，而且可以提高制品的抗吸潮返卤能力，使制品的表面性能得到改善；使用发泡剂还能够延缓料浆的凝结时间，减少制品的变形，改善制品的性能。

关键词：菱镁制品 发泡剂 轻质菱镁胶凝材料 吸潮返卤

1、概述

随着建筑物向高层、大跨方向的发展，建筑材料的自重也越来越受到人们的关注，轻质泡沫保温胶凝材料做为多孔材料之一，在屋面、非承重墙及热力管道的保温层中发挥着重要作用。目前我国正处于墙体改革时期，泡沫轻质制品以其轻质、保温(隔热)、节能等优良特性成为粘土砖的优良替代材料之一^[1]。轻质发泡材料是将发泡剂水溶液制成的泡沫加入到含硅材料(粉煤灰、砂)、胶凝材料及外加剂（改性剂）组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成形、养护而成的轻质多孔建筑材料^[2]。在生产轻质泡沫材料过程中使用的泡沫就是来自发泡剂。随着轻质发泡材料在工程中应用的日益广泛，提高发泡剂的性能愈发重要。

发泡剂在国内出现首先是应用于混凝土中，用来制作泡沫混凝土。随着现代技术的发展，发泡剂的应用越来越广泛，特别是随着我国对节能、利废、轻质、保温材料大量的应用推广，市场对优质发泡剂的需求日益增强。

制作轻质、保温、隔热建筑材料，在原材料的选择上有着多样性。随着现代科学技术的发展和应用，越来越多的材料使用在建筑上，菱镁材料就是其中一种。所谓菱镁材料就是由轻烧氧化镁（主要成份为MgO)和工业氯化镁(主要成份为MgCl₂)水溶液制成的一种新型胶凝材料，其制品为氯氧镁水泥产品，俗称菱镁制品。近年来随着菱镁改性技术的发展和行业的技术进步，以及“菱镁胶凝材料改性剂”的等行业标准的颁布实施对菱镁产品的规范，菱镁制品原来固有的一些缺陷得到了很好的解决，从而使得菱镁制品的应用范围越来越广泛。

2、原材料和试验方法

2.1、原材料

表1   轻烧氧化镁的化学成分

项目	MgO	f-MgO	CaO	f-CaO	烧失量	SiO2	Al2O3	细度
含量	85.69	65.31	1.61	1.44	7.44	1.86	0.80	150目筛余1.5%

 

表2  试验用工业氯化镁的化学成份

表3粉煤灰的化学成分

表4 发泡剂技术指标

2.2试验方法

在试验中使用的是4×4×16cm³试块，抗折、抗压强度均使用万能压力机完成。使用发泡剂为本单位研制高效发泡剂。

3、发泡剂对菱镁制品性能的影响

3.1.发泡剂对菱镁胶凝材料凝结时间的影响

在室温20±2℃，相对湿度75±5％的条件下，对掺加不同量发泡剂的菱镁净浆做凝结时间试验，试验结果见表5。

从表5可以看出，发泡剂掺量增加，对菱镁浆体有缓凝作用，而且随着发泡剂掺加量的增加，初凝时间和终凝时间都有所增加。

表5 发泡剂对凝结时间的影响

在氧化镁和氯化镁反应过程中产生大量的热，能提高菱镁浆体自身的温度，由于温度的提高又加快了氯化镁和氧化镁的发应速度，反应速度的加快又有更多的热量释放，这样反应相互促进使菱镁浆体能快速凝结。在菱镁浆体中加入发泡剂后，发泡剂生成的大量的泡沫，和菱镁浆体搅拌在一起时，在浆体内部形成大量的气泡，这些气泡形成的气室将浆体均匀的隔离开，使浆体不能形成致密的结构。相互间隔的气室，使菱镁浆体的温度不能迅速提高，因此加入发泡剂后菱镁浆体的凝结时间增长。

在加入发泡剂后，菱镁料浆的初凝时间和终凝时间之间的时间间隔略有缩短。在掺加发泡剂后，制品的密度减小，内部形成大量的孔隙，这样的结构更有利于水分的挥发和散失，因此，初凝和终凝之间的间隔缩短了。

凝结时间增长可以减少由于反应过快引起的制品开裂，而且增加了料浆的可操作时间，避免了在夏季高温的情况下，温度过高，反应过快，导致料浆凝结过早，来不及操作使用的情况。

3.2、发泡剂对菱镁力学性能的影响

发泡剂加入菱镁制品中，当引入少量气泡时，浆体的流动性增加，提高了菱镁浆体的工作性能。当泡沫掺量增加时，由于泡沫的增多，浆体的流动性也会增加。大量的泡沫掺加到菱镁浆体中，增加了制品的空隙，大大的降低了制品的密度，由于密实性降低，强度同时也有很大的降低。在本试验中，发泡剂掺加量从0.1％～1％不等进行试验，试验的配合比见表6，制品的力学性能见表7。

在料浆中需要加入发泡剂制造的泡沫，因此料浆不能太干稠，否则由于料浆吸水，使泡沫稳定性变差，泡沫迅速破裂，使发泡剂失去应有的作用。

从表7可以看出，随着发泡剂掺量的增加，菱镁制品的密度大幅度降低，同时强度也随之降低。增加0.1％发泡剂，试件的密度降低约5％。发泡剂的掺量和菱镁制品的密度基本成反比例关系。掺加发泡剂的菱镁试件和未掺加发泡剂的试件相比，当掺加0.1％发泡剂时，强度略有下降，当掺加量达到0.3％时，强度开始急剧下降。以28d强度为例，当掺加0.1%时，强度是未掺加试件的93.5％，当掺加量达到0.3％时，强度则达到未掺加试件的46.2％。随着发泡剂掺量的增加，试件强度的下降远远大于密度的下降。因此，在使用发泡剂来生产菱镁制品时，一定要综合考虑密度和强度的关系，不要单纯地追求低密度而忽视了强度。当发泡剂掺量到1.5％时，测得菱镁试件的密度为290g/cm³，掺加量到2％时，密度降低到180g/cm³；到掺量达到2％时，试件的强度较低，这种密度的菱镁制品可以做防火材料夹心，填充材料等。新颁布实施的行业标准JG/T169-2005《建筑隔墙用轻质条板》对墙板的密度有了新的要求，突出了密度与强度的有机结合。

表6  试验配合比

试件养护28天后，随着龄期的增加，无论是否掺加发泡剂，试件的强度都是随着龄期的延长而提高。

 

表7 发泡剂对掺量与菱镁制品强度的关系

3.3 掺加粉煤灰对菱镁发泡制品的影响

在菱镁浆体中加入粉煤灰来取代部分氧化镁，可以改善浆体的和易性。这是因为优质的粉煤灰中的玻璃球形颗粒粒型完整，表面光滑，粒度较细，质地致密，多孔颗粒极少，因此在搅拌成型过程中不会大量吸水，使得浆体的需水量降低，初始结构得到改善。在以后的养护过程中，水会慢慢地进入粉煤灰颗粒表面的孔隙中，且逐渐发生反应。随着养护时间的推移，就会在孔隙中生成一些水化产物。另外，粉煤灰外部的一些水化物在成长过程中也会像树根一样伸长进入粉煤灰颗粒孔隙中，因而就使得颗粒的界面强度大大提高，这就进一步促进了试件后期强度的增长。试验配比及掺加粉煤灰后对菱镁制品性能的影响见表8。

表8 掺加粉煤灰对菱镁制品性能的影响

在加入粉煤灰后，试件的强度降低特别是早期强度降低明显，因为菱镁胶凝材料早期强度增长快，而粉煤灰早期强度低，强度发展慢，但是后期强度增长时间长。在7天时掺加30％的粉煤灰试件强度与不掺加粉煤灰的空白试件相比较，抗压强度是其67％，到28天时，强度达到空白试件的75％。可见掺加粉煤灰后，试件强度下降，特别是早期强度下降显著。在常温下，由于粉煤灰的水化反应比氧化镁慢得多，被粉煤灰取代的那部分氧化镁的早期强度得不到及时补偿，所以试件的早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中的活性成分SiO₂和Al₂O₃与水泥水化生成的Mg(OH)₂发生反应生成具有胶凝性的水化产物，因此混凝土的后期强度增长较快。另外粉煤灰中以酸性氧化物为主要成分的玻璃相在潮湿环境中可与浆体中存在得的Mg(OH)₂发生反应，生成水化硅酸钙凝胶体，对硬化的浆体起增强作用，也能促进试件后期强度的增长。

粉煤灰掺量为10％的试件与未掺加粉煤灰的试件相比，加入0.6％发泡剂的试件28天强度相差不大。粉煤灰的加入对改善菱镁胶凝材料一些性能很有好处。在浆体中生成了水硬性胶凝物质能提高菱镁制品的耐水性能。在加入粉煤灰后，减缓了氧化镁和氯化镁的反应速度，延长了反应时间，使反应放热曲线更缓和，这样就减缓了菱镁制品的内外温差。如果内外温差过大，会使内部温度升高产生温度应力，造成温度裂缝，使制品的抗渗性、抗冻性降低，特别在热天施工时，上述问题更为突出。掺用粉煤灰后，由于氧化镁用量相对减少，放热量降低，反应速度减缓，可以减少由于温度应力造成的裂缝和制品变形。

3.4发泡剂对菱镁制品吸潮返卤性能的影响

试件进行吸潮返卤试验，将发泡剂掺量不同的试块每组各取一块，放置到恒温恒湿养护箱内。将温度升至35±1℃，相对湿度调整至95±5%。观察试块表面是否会发生吸潮返卤现象，试验结果见表9。

表9  发泡剂对制品吸潮返卤性能的影响

从表9可以看出，在恒温恒湿箱内放置12小时，各组试块表面均干燥，未发生变化；当放置到24小时时，空白组表面潮湿，而其他组表面依然干燥，未发生变化；到48小时空白组表面有细小的水珠出现，掺加发泡剂0.1％的2组表面潮湿，其他组表面依然干燥，未发生变化。可见掺加发泡剂后改善了菱镁制品的抗吸潮返卤性能，这对制品是有益的。

我们认为菱镁制品吸潮返卤的原因如下：从制品的生产工艺和配比来分析，生产中，因操作工艺的需要，卤水加入量往往过多，即MgO/MgCl₂的摩尔比低于理论最佳值，MgCl₂除与轻烧镁粉中的活性MgO反应外，还有过剩的游离MgCl₂，而MgCl₂ 是强吸潮剂，在水中的溶解度很大。当制品内部的水分向表面迁移后，水分蒸发到空气中，而所溶解的MgCl₂就会在制品表面的毛细孔、缝隙及表面结晶下来。当空气介质湿度变大（阴雨天气）或将制品放到湿度大的地方（如地下室或防空洞里），这些结晶的MgCl₂又会吸收空气中的水分凝聚到制品表面，变潮湿进而结水珠，严重时水珠流淌。制品的吸潮返卤现象在广大的长江以南地区尤为普遍，严重地影响了产品的质量，降低了生产效率。

在菱镁浆体中加入发泡剂的过程中带进了水，相当于降低了卤水的浓度。菱镁制品是否吸潮返卤与卤水的浓度是相关的，当卤水浓度降低时，卤水中氯化镁大部分参与了和氧化镁的反应生成了518相；当卤水浓度高时，氯化镁和氧化镁反应后，剩余的氯化镁会析出附着在制品的表面产生白霜现象，当空气湿度高，则会吸收空气中的水分，形成水珠分布在制品的表面，造成吸潮返卤现象。

掺加发泡剂后，在菱镁浆体的内部形成大量的孔隙，反应中过剩的氯化镁、以及不参加反应的氯化钠等杂质，一部分析出在制品的表面，而一部分析出在孔隙中，因此菱镁制品表面吸潮返卤现象得到改善。

4、结论

4.1轻质、保温、隔热、节能是建筑制品的发展方向，符合国家产业发展政策，而发泡剂是制作轻质菱镁制品的关键材料，它可以将菱镁制品的重量大幅度降低，同时，具有轻质、隔热的效果。

4.2发泡剂的加入可以提高制品的抗吸潮返卤能力，使制品的表面性能得到改善；发泡剂还能够延缓料浆的凝结时间，这样对减少制品的变形大有好处。

4.3 发泡剂的加入有利于利用工业废渣，如粉煤灰、炉渣等，生产的制品可以享受国家免税政策；而粉煤灰的加入不仅可以利用工业废渣，而且还可以减少制品的开裂和后期变形现象。

4.4 发泡剂在降低制品重量的同时，会造成制品的强度降低、吸水率提高，因此在使用菱镁轻质发泡技术的时候，一定要掌握发泡剂的最佳加入量，综合考虑密度与强度的关系，以满足制品的使用性能为前提，提高性价比，提高制品的使用性能。