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（四）氯氧镁水泥理论配料公式
浙江省建材科学研究所
祝志雄
氯氧镁水泥是一种气硬性双组份胶凝材料，双组份（轻烧氧化镁和卤水）间的配料没有理论计算依据。一般是根据实际生产经验或按理论上形成518相所需的各组成材料的克分子比来计算。本文从氯氧镁水泥水化反应出发，推导出理论配比公式，供生产配料时参考。
一、公式推导
氯氧镁水泥是由MgO-MgCl2-H2O组成的三元体系。下面的讨论假设组成三元体系的MgO、MgCl2和H2O刚好能充分反应完全而没有任何一者多余，反应过程中也没有水份得失，且反应终了产物只有Mg(OH)2和518相。设MgO-MgCl2-H2O体系中MgCl2溶液量为G、浓度为C（重量百分浓度），则其中MgCl2量为CG，H2O量为(1-C)G，并设体系中的水有x份用于生成Mg(OH)2，（1-x）份用于生成518相。则有：
MgO +
H2O
→ Mg(OH)2
40.3
18
(1-C)Gx
生成氢氧化镁反应所需的MgO量=40.3(1-C)Gx÷18
①
5MgO +
MgCl2
+ 13H2O
→
5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O
5×40.3
95.2
13×18
CG
(1-C)G(1-x)
生成518相所需的MgO量=5×40.3CG÷95.2
②
且有：
CG÷95.2=(1-C)G(1-x)÷(13×18)
③
该体系反应所需的总MgO量=①+②
④
根据式③可求出x，代入式④并整理即得：
总MgO量=(2.24-5.62C)G
或
MgO量/G=2.24-5.62C
⑤
假设轻烧氧化镁中能参与水化反应的活性MgO含量（有效MgO含量）为a,则⑤式可改写为：
轻烧氧化镁/卤水=(2.24-5.62C)/a
⑥
上式即为MgO、MgCl2和H2O三者之间完全反应时的配比公式。根据式⑥，只要确定卤水浓度，便可方便地求出轻烧氧化镁和卤水间的比例。
二、讨论
由式⑥可见：
1.轻烧氧化镁中的活性MgO含量（有效MgO含量）a越低，轻烧氧化镁需用量越大。轻烧氧化镁的质量要求及活性MgO含量的测试方法参见标准WB/T1019-2002。从活性MgO含量的测试方法可知，检测结果反映的是在一定条件下能参与水化反应的MgO含量，而非MgO活性（据此，称之为有效MgO含量似更合理）。组成氯氧镁水泥的各原材料中以轻烧氧化镁的质量对其性能影响最大。轻烧氧化镁的质量指标中最重要的是MgO的活性及其分布：MgO活性的高低不仅影响氯氧镁水泥的水化反应速度（制品凝结硬化的快慢），还影响其水化反应产物的组成和结构（进而影响制品的性能）。有关MgO活性及其对制品性能的影响，有待进一步深入研究。
2.卤水浓度越高，组成氯氧镁水泥体系所需的氧化镁量越少；卤水浓度越低，所需的氧化镁量越多。换言之，对于同样用量的卤水，其中的MgCl2含量越多（浓度越高），需要的氧化镁量越少。这一点与常识相反，其原因在于：低浓度卤水组成的氯氧镁水泥体系中，水化反应生成物中含有较多的氢氧化镁，配料时需要的氧化镁多；高浓度卤水组成的体系中，水化生成物以518相为主，配料时需要的氧化镁量少。
3.配制氯氧镁水泥时，轻烧氧化镁/卤水取值比⑥式计算值大，说明轻烧氧化镁用量过剩（或卤水用量不足），反之则为轻烧氧化镁用量不足（或卤水用量过剩）。在上述配比公式的推导过程中未考虑体系中的水份得失，但在实际生产中，MgO-MgCl2-H2O体系从配料搅拌到凝结硬化养护各阶段难免与周围环境发生湿度交换，从而使终了体系的组成发生变化。比如，在制品硬化过程中的发热而引起体系中水份的蒸发；环境温度较高湿度较低时，使用低浓度卤水配制的体系也难免出现水份的蒸发。所以，一方面要尽量减少养护期内体系与环境的湿度交换，另一方面在使用配比公式进行配料设计时应考虑到体系中水份增减的实际情况，进而调整计算时的C值和G值。公式计算结果为许多理想假设条件下的理论值，实际情况要复杂得多，实际生产中须考察最终制品的各项性能才能确定较为合理的配比。
4.氯化镁的质量要求可参照WB/T1018-2002标准执行。有了合格的氯化镁，在生产制品时最重要的是控制好MgCl2溶液的浓度。卤水浓度的高低不仅影响生产配比（由配比公式可见），还对体系最终水化产物的组成有决定性影响。MgO-MgCl2-H2O体系全部生成518相的MgCl2浓度应为28.9%,高于此浓度便有318
相形成，低于此浓度则有Mg(OH)2形成。一般认为，氯氧镁水泥制品的水化产物组成以518相为主、Mg(OH)2为辅时，其各项性能最佳。当卤水浓度为20%时，MgO-MgCl2-H2O充分反应体系的理论晶相组成为：518相占53%，Mg(OH)2占47%。所以，实际生产中卤水浓度宜控制在大于20%（约22Be）而小于28.9%（约30Be）。在此范围内，随着卤水浓度的提高，水化产物中518相占比增加，氢氧化镁占比减少，制品强度随之增加。
5.现有的配料理论一般从MgO/MgCl2的摩尔比或克分子比出发来进行配料，大部分研究者提出宜控制MgO/MgCl2的摩尔比在5-13之间(尤以7-9之间为佳)。氯氧镁水泥是由MgO-MgCl2-H2O组成的三元体系，水量的多少决定了MgCl2溶液浓度的高低并进而影响体系水化产物的组成，所以仅依据MgO/MgCl2摩尔比进行配料是片面的。表1给出了不同MgCl2溶液浓度下,MgO-MgCl2-H2O充分反应体系的理论配比和对应的MgO/MgCl2摩尔比。
表1
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卤水浓度C，%
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轻烧氧化镁/卤水=(2.24-5.62C)/a
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MgO/MgCl2 摩尔比
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a=1.0
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a=0.7
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20
|
1.116
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1.59
|
13.0
|
|
24
|
0.890
|
1.27
|
8.8
|
|
26
|
0.779
|
1.11
|
7.1
|
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28.5
|
0.638
|
0.91
|
5.3
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由表可见，对于充分反应的MgO-MgCl2-H2O体系而言，MgO/MgCl2的摩尔比主要由卤水浓度决定。这是因为卤水浓度决定了MgO-MgCl2-H2O体系的水化反应产物组成:卤水浓度低时生成的氢氧化镁多，配料时需要的MgO/MgCl2摩尔比高;卤水浓度高时反应产物以518相为主，配料时需要的MgO/MgCl2摩尔比低。 | 
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