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1、MDF水泥材料性能与用途 摘要：本文主要介绍了MDF水泥材料的性能,微观构造,及用途。关键词：MDF水泥材料；聚合物；普通硅酸盐永泥；高铝水泥中图分类号：TQ172文献标识码：A引言：MDF水泥也称无宏观缺陷水泥。1979年,英国牛津大学冶金与材料科学系和英国帝国化学工业公司的Alford和Birehau教授等人利用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥,加有机聚合物及改变颗粒组成,采用强制搅拌,加压成型,得到性能优良的MDF水泥,抗折强度达到150~200MPa。MDF水泥的问世,是水泥材料科学的转折点,具有划时代的意义,如今这类超高强胶凝材料是当前重点研究方向之一。这类材料以其
2、极高的抗折强度,能耗低,成型加工方便和性能易于调整等特点,引起世界各国尤其是英、美、法、德、丹麦等发达国家材料界科学家的关注,美国为此于1989年投资1000万美元科研费建立了一个“高级水泥基材料科技中心”(CenterFor段ieneeandTeehnologyofAdvaneedCementBasedMat7erials)。MDF水泥(无缺陷水泥)材料的抗折强度和抗冲击韧性分别比普通水泥高十几倍和几十倍,使得水泥材料的力学性能可与塑料、高级陶瓷及部分金属材料媲美,从而有可能大大扩展了水泥材料的应用领域。该材料还具有能耗低及性能易于调整等特点,现已越来越引起各国材料
3、界人士的重视。然而,在现阶段MDF水泥材料仍有不少问题没有得到解决和证实,从而影响了该材料的实用性开发。MDF水泥材料的后期强度下降现象,是大家最为担心的大问题。英国牛津大学的W·sincalir和G·w·Groves从材料的微观结构上对这种现象做了详细论述,并在用试验数据和X衍射检验结果证实了他们的论点后指出:后期强度下降的原因是材料中水化矿物CAH,。转变成C3AH6,所以这种强度下降不可避免,强度下降率为50%左右。本文结合笔者所做的工作,对MDF水泥材料作一综述介绍。MDF水泥材料水泥是通过与水反应生成微细水化物而形成硬化体的,所用水的一部分作为空隙水残留下来
4、是水泥强度降低的重要原因。因此,为了提高水泥的强度,人们研究了多种方法减少用水量,但所有这些方法都无法做到在提高材料抗压强度的同时大幅度提高材料抗拉强度和抗弯强度。英国学者Birchall用Griffith7的理论证明,水泥硬化体破坏强度降低的原因不仅与孔隙量有关,也与孔隙直径有关。图1表示硬化水泥浆裂纹状孔长度与抗弯强度的关系。图示表明,除去大孔隙,可得到与普通陶瓷相同高强度的水泥硬化体。这种材料因其结构十分致密、孔隙率低、孔径小而被称作无宏观缺陷的水泥(Macro一defeetfreeeement),简称MDF水泥。MDF水泥因具有聚合物掺量低、强度提高幅度大、加
5、工性能好、生产工艺简单、可在较低温度下成型、节省能源、代木、代钢、代塑、用途广阔等一系列优点而受到各国学者的重视。国外部分产品已商品化,国内也正在加紧研究。MDF水泥材料的制备和性能MDF水泥材料的制备基本采用Birchall教授等提出的方法：在水泥中加入水溶性聚合物或聚合物乳液,如聚丙烯酞胺、经丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丙烯酸乳液等。在高剪切力下对之搅拌,使水泥粒子均匀分散,再经压制成型,使水泥粒子重新紧密地排列起来。此外,该材料也可采用挤出成型。所用水泥最好按一定的颗粒级配调整,可用两种或三种不同颗粒分布的水泥配制。两种不同颗粒分布的水泥配比为:粒径60~110u
6、m的水泥70~90%、粒径1~10um的水泥10~30%。三种不同颗粒分布的水泥配比为:粒径100~150um的水泥70~90%、粒径7~12um7的水泥10~30%、粒径0.5~2um的水泥3~8%。国外研究的MDF水泥材料因其所用水泥品种而分为普通硅酸盐水泥系和高铝水泥系两类。不同的水泥使用不同的聚合物,其性能也不完全相同。普通硅酸盐水泥类MDP材料的抗压强度大于10MPa,抗折强度为40~60MPa,弹性模量为40GPa,孔隙率约为10~15Vol%。Ohama教授等研究改进了养护工艺,制得了抗折强度为90MPa的普通硅酸盐水泥MDF材料。高铝水泥类MDP材料的
7、力学性能明显优于普通硅酸盐水泥类的MDF材料。下表列出了该材料的物理性能,力学性能、电学性能及声学性能。普通硅酸盐水泥类MDF材料浸水后强度有所下降,但干燥后强度及弹性模量均能回复。高铝水泥类MDF材料浸水后特别在湿热条件下,强度下降幅度较大。干燥后,强度仍不能恢复。高铝水泥类MDP材料的差热分析结果(见图1)证实,试件在干燥条件下或浸泡在20℃水中,几乎没有相变发生,但经7天湿热处理的MDF材料在270℃处有一代表的强吸热峰。在上述的晶型转变时,会放出大量游离水,使孔隙率增加,强度下降。MDF水泥材料的微观结构用光学显微镜观察MDF水泥材料,发现未
