一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作及表征方法与流程

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作及表征方法。

背景技术：

泡沫混凝土是以矿物掺合料、水泥基材料等为主要胶凝材料，加入水和外加剂，还可加入细砂或者部分轻质骨料等制成料浆，经发泡剂发泡，于施工现场或工厂浇筑成型和经养护而成的含有大量、独立、微小、均匀分布的气泡孔的轻质混凝土材料。由于其内部具有大量的封闭气泡孔，泡沫混凝土不仅具有轻质和保温隔热性能，而且还具有“呼吸”功能，可以提高居住环境的舒适性。泡沫混凝土的干体积密度为200～700kg/m³，相当于普通水泥混凝土的1/10～1/3；导热系数为0.050～0.135w/(m·k)，热阻是普通水泥混凝土的20～30倍。作为无机材料，泡沫混凝土具有不燃性，防火性能达到防火标准a级，具有良好的防火耐火性能。它与其它类无机保温材料(如硅酸铝纤维、岩矿棉、玻璃棉以及陶粒、膨胀珍珠岩、玻化微珠等)相比，又具有价格低、环境无害化、使用方便和低碳等优点，逐渐成为现代保温材料中的首选。

氯氧镁水泥(magnesiumoxychloridecement缩写为moc)是以一定浓度氯化镁溶液拌合氧化镁粉而形成的气硬性胶凝材料，主要水化产物是氯氧化镁[mg3(oh)5cl·4h2o]及mg(oh)2。一般氯氧化镁[mg3(oh)5cl·4h2o]在水中容易水解成氢氧化镁,进而表现为强度下降,粉化的特性。而加入改性剂后由于改变了氯氧化镁[mg3(oh)5cl·4h2o]的晶体结构,使其变得更为致密,因此不容易水解。氯氧镁水泥浆体与一定量泡沫(物理发泡或化学发泡)拌合可制备氯氧镁水泥泡沫混凝土砌块。它具有强度高、保温性能优良、耐火性高、耐久性强以及养护容易等优点。新型镁质建筑材料相比传统的建筑材料具有强粘结力、保温、隔热的等特性，因此在建筑节能应用技术中占据重要的地位。尤其以moc为基料的泡沫混凝土建筑材料能够最大化实现节能、环保、经济等特点，在建筑材料领域有巨大的优势。

泡沫混凝土内部特征为多孔结构，是多孔混凝土。目前，不同的孔结构特征参数都有不同的测试方法。表征moc泡沫混凝土孔结构主要是借鉴普通泡沫混凝土的测试方法，其特征参数主要有孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚和连通率。

其中孔隙率、孔壁厚和连通率的测试方法主要有直接计算法、浸泡介质法等。

(1)目前，孔隙率、孔壁厚和连通率的测试方法主要有直接计算法、浸泡介质法等。如孔隙率采用公式θ＝1-m/v·ρs计算。①直接计算法：孔隙率采用公式θ＝1-m/v·ρs计算。式中：m为烘干后泡沫混凝土的质量；ρs为泡沫混凝土对应致密固体的密度；v为泡沫混凝土体积。②浸泡介质法：首先称量被测物体m的质量w1，然后将其浸入液体中一段时间充分饱和后，取出并擦去试件表面的液体，再次称量m在空气中的质量w2。然后将物体m放在吊具上浸入液体中称量，此时m连同吊具的总质量为w3，而只有吊具悬于工作液体中的质量为w4。孔隙率采用公式θ＝1-w1ρt/(w2-w3+w4)ρs计算，式中：ρt为液体的密度；ρs为试件对应致密固体的密度。

这种用计算模拟的方法虽然能够体现出混凝土中气孔特定参数，但是其最大的弊端是不能够直观的观测到混凝土中孔的真实形状，而且也只能计算出某一种参数。如孔隙率公式仅仅能够表达混凝土中孔隙率而不能算出气孔的尺寸大小。

(2)目前，孔直径、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子等的测试方法主要借助显微镜等成像工具获取材料截面图像，再对截面图像进行必要处理，分析计算出孔结构参数。这种直接用图像分析法需要破坏试件，且只能获取试件的局部信息，对选取观测点要求较高。其最大的缺点是只能得到泡沫混凝土结构的虚拟图片，对孔结构的深度没有精确的显示。

通过以上分析发现，不管计算法还是图像法，每种方法基本上都只能反映一种孔的参数，而且上述方法是不能直观反映出泡沫混凝土内部孔的真实情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明利用moc在水中水解特点及硫氧镁水泥(magnesiumoxysulfatecement，mos)相对于moc抗水性能好的特点，将抗水性优良的mos平铺于moc泡沫混凝土截面上，使得mos形成混凝土内部孔结构的直观模型。结合sem等仪器观测到孔的各种特征参数，这种表征方法不仅可以更为直观的看到moc混凝土内部孔结构，而且可以表征出moc泡沫混凝土内部孔的各种参数。这种用一种方法测试不同孔参数的方法简单易行，是对科研途径的简化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作方法，包括以下步骤：

硫氧镁水泥浆液制备，将硫酸镁与水配置成硫酸镁溶液，所述硫酸镁溶液的波美度20～30°be’，将所述硫酸镁溶液与氧化镁混合成硫氧镁水泥浆液，所述氧化镁与硫酸镁溶液质量比为1:0.5～1.5；

在待测氯氧镁水泥泡沫混凝土截面四周固定一圈模具，将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中，形成硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件；

将所述硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件进行水解，所述水解温度为0～30℃，以所述待测氯氧镁水泥泡沫混凝土完全水解为所述水解终点，剩余硫氧镁水泥部分即为所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型。

上述技术方案中，所述氧化镁为轻烧氧化镁粉、轻烧白云石粉或菱苦土等含有活性氧化镁的粉体，并且氧化镁的活性含量大于18％。

上述技术方案中，将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中之后还包括：待所述硫氧镁水泥浆液凝固成稳定固体的过程，所述硫氧镁水泥浆液凝固成稳定固体的过程包括凝固过程及养护过程，所述凝固过程的时间为4～36小时，所述养护过程的时间为3～14天。

上述技术方案中，所述水解过程的时间为3～28天。

上述技术方案中，由于moc混凝土在水环境中容易析出氯离子，而氯离子又极易腐蚀铁制品，，因此模具最好选择不锈钢模具、铜等不易锈蚀金属模具或木质模具。模具的固定方式是多种的，如镶嵌、链接、卡扣、粘接等。

一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作方法，包括以下步骤：

选取代表性的氯氧镁水泥泡沫混凝土，并截取截面，所述截面保持干净整洁；

硫氧镁水泥浆液制备，将硫酸镁与水配置成硫酸镁溶液，所述硫酸镁溶液的波美度20～30°be’，将所述硫酸镁溶液与氧化镁混合成硫氧镁水泥浆液，所述氧化镁与硫酸镁溶液质量比为1:0.5～1.5；所述氧化镁为mgo的活性含量大于18％的轻烧氧化镁粉、轻烧白云石粉或菱苦土；

在所述截面四周固定一圈模具，将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中，灌入后硫氧镁水泥浆液表面形成平面，并与所述模具上表面水平，待所述硫氧镁水泥浆液凝固24小时，并养护7天，形成稳定固体，形成硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件；

将所述硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件进行水解，所述水解温度为20～25℃，所述水解过程的时间为7～14天，剩余硫氧镁水泥部分即为所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型。

一种将上述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型在对氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔的孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚或连通率结构表征中的应用。

上述技术方案中，所述表征包括显微镜观察、扫描电镜(sem)检测中的至少一种。

本发明的优点和有益效果为：

本发明优点主要有：(1)由于moc与mos同属于镁水泥类，两种材料的性质很相似，因此两种材料在相互作用时亲和性较强，mos浆液能够完全的浸入到moc泡沫混凝土中微小的孔洞中，因此形成的直观模型能够更细致的突出原来孔的结构特征，很真实的反应出moc泡沫混凝土内部孔的结构特征。(2)现有的分析方法只能用一种手段分析泡沫混凝土中某种特定的特征参数，比如用浸泡介质法仅仅能分析孔隙率，而其他特征如孔大小、孔的形状等显示不出。而本发明可以直观的观测气孔的孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子等多种参数。

附图说明

图1是实施例1的待测moc泡沫混凝土示意图；

图2是实施例1中模具安装完成后的待测moc泡沫混凝土示意图；

图3是实施例1中硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件示意图；

图4是实施例1中硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件水解示意图；

图5是实施例1中最终得到的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型示意图。

其中：

1：气孔，2：截面，3：moc泡沫混凝土，4：模具，5：固定插销，6：硫氧镁水泥，7：水浴锅，8：水，9：硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件，10：气孔实体。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作方法，包括以下步骤：

选取代表性的氯氧镁水泥泡沫混凝土，并截取截面，所述截面保持干净整洁，截取样品尺寸为100mm×100mm×100mm；

硫氧镁水泥浆液制备，将硫酸镁与水配置成硫酸镁溶液，所述硫酸镁溶液的波美度28°be’，将氧化镁、硫酸镁溶液按照质量比为1:0.75的比例混合均匀并搅拌成硫氧镁水泥浆液；所述氧化镁为mgo的活性含量大于18％的轻烧氧化镁粉；氧化镁活性含量是指能与水反应生成氢氧化镁的氧化镁占多少含量。

将氯氧镁水泥泡沫混凝土截面向上放置，并在截面四周固定一圈木质模具。木质模具由四个矩形木质构件制成(其中两个矩形尺寸为：120mm×60mm×20mm，两个为100mm×60mm×20mm)，用固定插销将四个模具固定于moc泡沫混凝土上端，moc泡沫混凝土截面与模具上表面距离20mm。将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中，灌入后硫氧镁水泥浆液表面形成平面，并与所述模具上表面水平，在室温下放置24小时，待所述硫氧镁水泥浆液凝固，并养护3天，形成稳定固体，形成硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件；

将所述硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件进行水解，将试件放入水浴锅中并使试件整体完全浸入水中，所述水解温度为25℃，所述水解过程的时间为7天，观测到氯氧镁水泥泡沫混凝土完全塌陷，轻轻在水中晃动模具即可得到表面干净的硫氧镁水泥部分即为所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型，其中形成的mos模型表面分布点即为moc混凝土内部孔结构的直观实体，即气孔实体。

一种氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构表征方法，通过对以上所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型的表征获得氯氧镁水泥泡沫混凝土的特征参数，所述特征参数包括孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚或连通率。

上述技术方案中，所述表征包括显微镜观察、sem检测中的至少一种。

采用sem扫描模型表面，测量出气孔实体10的数量n、直径d、高度参数l。然后计算孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚。

①孔隙率，是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。上述测量的直径取平均值d1，根据平均直径d1计算出平均气孔实体的体积v,v乘以气孔实体的数量n为一个面层高度上的气孔实体的体积，面层高度取上述高度参数的平均值l1.则混凝土试块中气孔的总体积可用模型的气孔实体体积表达v＝n(4/3)π(d1/2)²(l/l1),那么moc泡沫混凝土的孔隙率θ＝v/l²(l为试块的边长)。

②孔径分布、孔分布：是混凝土中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率。如上述测量的模型表面实体孔的直径d，按照区间将其按不同直径大小的孔分类，每个区间内孔的数量除以总数量即为孔径分布。

③平均孔径：如①所述。

④形状因子：是指泡沫混凝土气孔的几何形状偏离球形的程度。孔形状因子(s)采用公式s＝p²/(4πa)来计算。式中：p为气孔周长和a为气孔面积可由，用上述孔直径d计算。当s＝1时气孔呈球形；s＞1时气孔呈准球形。s值越大，表明气孔形状越偏离球形。

⑤孔壁厚：采用sem扫描模型表面，测量出两个气孔实体之间的距离，此距离即为混凝土内部的孔壁厚，而两个气孔实体相互贯通即说明混凝土内部两个孔之间是连通的，测试其数量除以上述气孔体积即为连通率。

实施例二

一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作方法，包括以下步骤：

选取代表性的氯氧镁水泥泡沫混凝土，并截取截面，所述截面保持干净整洁，截取样品尺寸为100mm×100mm×100mm；

硫氧镁水泥浆液制备，将硫酸镁与水配置成硫酸镁溶液，所述硫酸镁溶液的波美度29°be’，将氧化镁、硫酸镁溶液按照质量比为1:0.60的比例混合均匀并搅拌成硫氧镁水泥浆液；所述氧化镁为mgo的活性含量大于18％的轻烧氧化镁粉；氧化镁活性含量是指能与水反应生成氢氧化镁的氧化镁占多少含量。

将氯氧镁水泥泡沫混凝土截面向上放置，并在截面四周固定一圈木质模具。木质模具由四个矩形木质构件制成(其中两个矩形尺寸为：120mm×60mm×20mm，两个为100mm×60mm×20mm)，用固定插销将四个模具固定于moc泡沫混凝土上端，moc泡沫混凝土截面与模具上表面距离20mm。将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中，灌入后硫氧镁水泥浆液表面形成平面，并与所述模具上表面水平，在室温下放置24小时，待所述硫氧镁水泥浆液凝固，并养护3天，形成稳定固体，形成硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件；

将所述硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件进行水解，将试件放入水浴锅中并使试件整体完全浸入水中，所述水解温度为25℃，所述水解过程的时间为7天，观测到氯氧镁水泥泡沫混凝土完全塌陷，轻轻在水中晃动模具即可得到表面干净的硫氧镁水泥部分即为所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型，其中形成的mos模型表面分布点即为moc混凝土内部孔结构的直观实体，即气孔实体。

一种氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构表征方法，通过对以上所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型的表征获得氯氧镁水泥泡沫混凝土的特征参数，所述特征参数包括孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚或连通率。

实施例三

一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作方法，包括以下步骤：

选取代表性的氯氧镁水泥泡沫混凝土，并截取截面，所述截面保持干净整洁，截取样品尺寸为100mm×100mm×100mm；

硫氧镁水泥浆液制备，将硫酸镁与水配置成硫酸镁溶液，所述硫酸镁溶液的波美度29°be’，将氧化镁、硫酸镁溶液按照质量比为1:0.60的比例混合均匀并搅拌成硫氧镁水泥浆液；所述氧化镁为mgo的活性含量为60％的轻烧氧化镁粉；氧化镁活性含量是指能与水反应生成氢氧化镁的氧化镁占多少含量。

将氯氧镁水泥泡沫混凝土截面向上放置，并在截面四周固定一圈木质模具。木质模具由四个矩形木质构件制成(其中两个矩形尺寸为：120mm×60mm×20mm，两个为100mm×60mm×20mm)，用固定插销将四个模具固定于moc泡沫混凝土上端，moc泡沫混凝土截面与模具上表面距离20mm。将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中，灌入后硫氧镁水泥浆液表面形成平面，并与所述模具上表面水平，在室温下放置24小时，待所述硫氧镁水泥浆液凝固，并养护3天，形成稳定固体，形成硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件；

将所述硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件进行水解，将试件放入水浴锅中并使试件整体完全浸入水中，所述水解温度为25℃，所述水解过程的时间为7天，观测到氯氧镁水泥泡沫混凝土完全塌陷，轻轻在水中晃动模具即可得到表面干净的硫氧镁水泥部分即为所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型，其中形成的mos模型表面分布点即为moc混凝土内部孔结构的直观实体，即气孔实体。

一种氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构表征方法，通过对以上所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型的表征获得氯氧镁水泥泡沫混凝土的特征参数，所述特征参数包括孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚或连通率。

实施例四

一种基于硫氧镁水泥的氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型制作方法，包括以下步骤：

选取代表性的氯氧镁水泥泡沫混凝土，并截取截面，所述截面保持干净整洁，截取样品尺寸为100mm×100mm×100mm；

硫氧镁水泥浆液制备，将硫酸镁与水配置成硫酸镁溶液，所述硫酸镁溶液的波美度25°be’，将氧化镁、硫酸镁溶液按照质量比为1:0.80的比例混合均匀并搅拌成硫氧镁水泥浆液；所述氧化镁为mgo的活性含量为55％的轻烧氧化镁粉；氧化镁活性含量是指能与水反应生成氢氧化镁的氧化镁占多少含量。

将氯氧镁水泥泡沫混凝土截面向上放置，并在截面四周固定一圈木质模具。木质模具由四个矩形木质构件制成(其中两个矩形尺寸为：120mm×60mm×20mm，两个为100mm×60mm×20mm)，用固定插销将四个模具固定于moc泡沫混凝土上端，moc泡沫混凝土截面与模具上表面距离20mm。将所述硫氧镁水泥浆液灌注至模具中，灌入后硫氧镁水泥浆液表面形成平面，并与所述模具上表面水平，在室温下放置24小时，待所述硫氧镁水泥浆液凝固，并养护3天，形成稳定固体，形成硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件；

将所述硫氧镁水泥-氯氧镁水泥泡沫混凝土整体试件进行水解，将试件放入水浴锅中并使试件整体完全浸入水中，所述水解温度为25℃，所述水解过程的时间为7天，观测到氯氧镁水泥泡沫混凝土完全塌陷，轻轻在水中晃动模具即可得到表面干净的硫氧镁水泥部分即为所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型，其中形成的mos模型表面分布点即为moc混凝土内部孔结构的直观实体，即气孔实体。

一种氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构表征方法，通过对以上所述氯氧镁水泥泡沫混凝土气孔结构模型的表征获得氯氧镁水泥泡沫混凝土的特征参数，所述特征参数包括孔隙率、孔径分布、平均孔径、孔分布、形状因子、孔壁厚或连通率。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。