FeSO4·H2O协同DTPA改性氯氧镁水泥的作用机理

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1086

摘要/Abstract

摘要：

本研究探讨了一水硫酸亚铁（FeSO₄·H₂O）和二乙烯三胺五乙酸（DTPA）对氯氧镁水泥（MOC）凝结时间、力学性能、耐水性能及微观结构的影响，并揭示FeSO₄·H₂O与DTPA对MOC的耐水提升机理。FeSO₄·H₂O与DTPA均按照0%~2%（质量分数）的不同比例加入MOC中。结果表明：当复掺2%FeSO₄·H₂O和2%DTPA时，MOC性能得到显著优化，初凝时间和终凝时间延长至339和374 min，分别较对照组（未掺FeSO₄·H₂O和DTPA）提高120%和81%，同时，7 d软化系数提升至0.9，较对照组提高164%，28 d抗压强度达到130 MPa，较MOC组提升76%，孔隙率也显著降低。这归因于DTPA的羧基结构螯合Mg²⁺，为MOC体系中的Mg²⁺提供了活性位点，使5Mg（OH）₂·MgCl₂·8H₂O（5·1·8相）晶体排列更为紧密，结构更加密实，同时FeSO₄·H₂O形成的凝胶状5·1·8相晶体可填充晶体间的微孔隙，从而显著提高MOC的耐水性能。

关键词: 氯氧镁水泥, 二乙烯三胺五乙酸, 一水硫酸亚铁, 耐水性, 微观结构

Abstract:

In this study， the effects of ferrous sulfate monohydrate （FeSO₄·H₂O） and diethylene triamine pentaacetic acid （DTPA） on setting time， mechanical properties， water resistance and microstructure of magnesium oxychloride cement （MOC） were investigated. The mechanism of water resistance improvement of MOC by FeSO₄·H₂O and DTPA was revealed. FeSO₄·H₂O and DTPA were added to MOC in different proportion from 0% to 2% （mass fraction）. The results show that when 2% FeSO₄·H₂O and 2% DTPA are added， the performance of MOC is significantly optimized. The initial setting time and final setting time are extended to 339 and 374 min， respectively， which are 120% and 81% higher than those of the control group （without FeSO₄·H₂O and DTPA）. At the same time， the 7 d softening coefficient is increased to 0.9， which is 164% higher than that of the MOC group. The 28 d compressive strength reaches 130 MPa， which is 76% higher than that of the group control， and the porosity is also significantly reduced. This is attributed to the fact that the carboxyl structure of DTPA chelates Mg²⁺， which provides the active site for Mg²⁺ in the MOC system， so that the 5Mg（OH）₂·MgCl₂·8H₂O （5·1·8 phase） crystals are arranged more closely and the structure is denser. At the same time， the gel-like 5·1·8 phase crystals are formed to fill the micropores between the crystals， thus significantly improving the water resistance of MOC.

Key words: magnesium oxychloride cement, diethylene triamine pentaacetic acid, ferrous sulfate monohydrate, water resistance, microstructure

中图分类号:

TU528

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图/表 14

表1 DTPA的主要性能指标

Table 1 Main performance indicators of DTPA

Item	pH value （25 ℃）	Purity/%	Chelation value/（mg CaCO₃·g^-1）
DTPA	2.1~2.5	≥99.0	≥252

图1 DTPA的SEM照片

Fig.1 SEM image of DTPA

图2 FeSO4·H2O的SEM照片

Fig.2 SEM image of FeSO4·H2O

表2 MOC配合比

Table 2 Mix ratio of MOC

Sample No.	Mass/g
Sample No.	MgO	MgCl₂·6H₂O	DTPA	FeSO₄·H₂O	H₂O
Control	1 000.00	423.70	0	0	375.14
F1	1 000.00	423.70	0	10.00	375.14
F2	1 000.00	423.70	0	20.00	375.14
D1	1 000.00	423.70	10.00	0	375.14
D1F1	1 000.00	423.70	10.00	10.00	375.14
D1F2	1 000.00	423.70	10.00	20.00	375.14
D2	1 000.00	423.70	20.00	0	375.14
D2F1	1 000.00	423.70	20.00	10.00	375.14
D2F2	1 000.00	423.70	20.00	20.00	375.14

图3 不同MOC复合材料的凝结时间

Fig.3 Setting time of different MOC composites

图4 不同FeSO4·H2O掺量下MOC的抗压强度

Fig.4 Compressive strength of MOC under different amounts of FeSO4·H2O

图5 不同DTPA掺量下MOC的抗压强度

Fig.5 Compressive strength of MOC under different amounts of DTPA

图6 不同MOC复合材料的抗压强度

Fig.6 Compressive strength of different MOC composites

图7 不同MOC复合材料的软化系数

Fig.7 Softening coefficient of different MOC composites

图8 不同MOC复合材料孔径分布曲线

Fig.8 Pore size distribution curves of different MOC composites

图9 不同MOC复合材料的孔隙率

Fig.9 Porosity of different MOC composites

图10 MOC浸泡前后的SEM照片

Fig.10 SEM images of MOC before and after soaking

图11 不同MOC复合材料浸泡前后XRD谱

Fig.11 XRD patterns of different MOC composites before and after soaking

图12 不同MOC复合材料浸泡前后物相含量

Fig.12 Phase content of different MOC composites before and after soaking

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FeSO₄·H₂O协同DTPA改性氯氧镁水泥的作用机理

Mechanism of FeSO₄·H₂O Synergistic with DTPA Modified Magnesium Oxychloride Cement

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