[发明专利]氧化镁膨胀剂中氧化镁含量的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料测试技术领域，具体涉及一种氧化镁膨胀剂中有效MgO含量的测试方法。

背景技术

混凝土浇筑后，由于水泥水化产生大量的水化热，使混凝土温度升高，产生体积热膨胀。待达到最高温度以后，随着热量向外部环境的散发，温度将由最高值降至一个稳定或准稳定值，将产生温度收缩应力，当收缩应力超过混凝土的极限抗拉强度，就将导致混凝土开裂。在水利水电工程建设中，大体积混凝土温度收缩裂缝是影响工程质量和耐久性的关键因素之一。我国科技人员利用氧化镁膨胀剂特有的延迟膨胀补偿大体积混凝土温降收缩，可有效控制混凝土的应变，防止大体积混凝土的温度开裂，并据此发展了拥有自主知识产权的“氧化镁微膨胀混凝土筑坝技术”。迄今为止，氧化镁微膨胀混凝土筑坝技术已经在我国三十几座水利工程中得到成功应用，其主要优点在于简化温控措施、加快施工进度缩短工期，节约工程投资，同时对混凝土的温度收缩具有明显的补偿效果，为减少大体积混凝土温度开裂风险发挥出重要作用。

氧化镁膨胀剂在水泥混凝土中产生膨胀的根本原因是MgO的水化，MgO与水反应生成Mg(OH)₂时固相体积增大了99.8％(补偿收缩混凝土裂渗控制技术及应用，中国建筑工业出版社，2010年)，从而引起水泥混凝土的体积膨胀。氧化镁膨胀剂中能参与水化反应的MgO的量越多，水化产物Mg(OH)₂的生成量也越多，产生的膨胀越大，可见，氧化镁膨胀剂中能参与水化反应的MgO的量与氧化镁膨胀剂的膨胀性能具有显著相关性。因此，氧化镁膨胀剂中的MgO含量是否标定准确会直接影响膨胀的预期效果。

氧化镁膨胀剂的研究与应用在我国已经取得了丰富的研究成果，但还没有形成统一的产品质量控制标准。目前，氧化镁膨胀剂在生产应用过程中仍然采用国家能源部、水利水电规划设计总院1994年颁发的《水利水电工程轻烧氧化镁材料品质技术要求(试行)》中对氧化镁材料品质的物理化学控制指标的规定。为了控制氧化镁膨胀材料的品质，该试行稿规定了用于水利水电工程的氧化镁膨胀材料，其MgO含量不能低于90％。该试行稿规定的氧化镁膨胀材料中MgO含量的测试方法是通过无水碳酸钠烧结或氢氧化钠熔融，使氧化镁膨胀材料中镁元素全部转化为可溶于水或酸的Mg²⁺离子，经溶解、过滤、滴定出Mg²⁺含量后再计算出MgO含量。氧化镁膨胀材料是采用菱镁矿(MgCO₃)煅烧分解制得，未分解的菱镁矿中同样存在镁元素，另外氧化镁膨胀材料在存储过程中容易受潮生成部分氢氧化镁，这部分反应生成的氢氧化镁中同样存在镁元素，采用试行稿中规定的实验方法无法排除氧化镁膨胀材料中未分解的菱镁矿中的镁元素和部分受潮生成的氢氧化镁中的镁元素的影响，使所测得的MgO含量既包含能参与水化反应的氧化镁的量，也包含未分解的菱镁矿中氧化镁的量和已经部分吸潮所生成氢氧化镁中的氧化镁的量，导致测得的MgO含量高于氧化镁膨胀材料中能参与水化反应的氧化镁的量。已有的研究表明，氧化镁膨胀剂之所以具有膨胀能是因为在MgO+H₂O→Mg(OH)₂的过程中将自身具有的化学能转换成机械能，而未分解的菱镁矿(MgCO₃)和已经部分吸潮所生成氢氧化镁不会与水反应，不具有膨胀性能，不能补偿大体积混凝土的温度收缩。因此，采用试行稿中规定的实验方法测得的MgO含量具有局限性，不能直观的反应出能参与水化反应产生膨胀效果的氧化镁的量。

黑色冶金行业标准YB/T4019-2006中规定的水合法测定轻烧氧化镁中活性氧化镁含量，通过将轻烧氧化镁在20℃温度下与蒸馏水静止反应24h后，烘干测试固体含量的变化来确定被水化的活性氧化镁的百分含量。文献《轻烧氧化镁活性测试方法的研究》(化工矿物与加工，2005年第1期)介绍了将轻烧氧化镁与一定量的蒸馏水在100℃温度下水化2h、70℃温度下水化1h以及60℃温度下水化2h三种水化方法来测定轻烧氧化镁中活性氧化镁的含量。这些实验方法均采取将轻烧氧化镁与一定量蒸馏水在一定温度下反应一段时间后，烘干测试固体物含量变化的方法来测试轻烧氧化镁中能与水反应的活性氧化镁的量，可以排除轻烧氧化镁中未分解的菱镁矿中氧化镁的量和已经部分吸潮所生成氢氧化镁中的氧化镁的量，但是氧化镁膨胀剂中的MgO与蒸馏水发生的水化反应，与氧化镁膨胀剂在水泥混凝土中真实的水化环境下的MgO的水化反应有较大的区别，所测得的活性氧化镁含量不能直观表示氧化镁膨胀剂在水泥混凝土中反应能力。因为蒸馏水的pH值一般为7.0左右，而水泥混凝土中孔溶液的pH值是碱性的。