1．概況
    菱鎂制品是以氯氧鎂水泥為膠凝材料，以外加劑進行改性處理，摻入某些有機和無機的填充材料，以玻璃纖維進行增強而制成的產品，它的主要原材料是由輕燒氧化鎂（MgO）、工業氯化鎂（MgCl₂）、改性劑以及玻璃纖維增強材料等來構成的。
    我國菱鎂行業曾經幾起幾落。近十年來，隨著技術的發展和品種的擴展，我國菱鎂行業進人了一個新的發展階段，面臨新的機遇與挑戰。菱鎂行業正從傳統的菱鎂制品框架中跳出，向以新型建材為主體的工業體系轉型，展示出廣闊的發展空間。
    上世紀七、八十年代，菱鎂產品主要是包裝箱、活動板房等。隨著科學技術的進步，菱鎂產品科技含量也隨之增大，產品開始向多門類多品種發展，玻鎂平板、輕質隔墻板、通風管道、復合保溫板、裝修裝飾材料、農用大棚架、農用沼氣池、檢查井蓋、工藝制品、波形瓦等已被廣泛使用，這些產品的應用已經超出當時菱鎂制品作為節約代用材料的范疇。
    2 ．MgO
    2.1概念及使用現狀
    輕燒氧化鎂是菱鎂制品的大原料，在制品中約占33-50％。氧化鎂按生產方法可分為鍛燒氧化鎂和非緞燒氧化鎂兩大類。鍛燒氧化鎂是用含有碳酸鎂的礦物菱鎂礦石或白云石鍛燒而成的。按鍛燒溫度的不同又分為，1400-1800℃鍛燒為重燒氧化鎂，主要用于耐火材料等；而在750--850℃鍛燒的菱鎂礦或650-750℃鍛燒的白云石才稱為輕燒氧化鎂，這種氧化鎂沒有燒結成晶體，活性很高，是生產菱鎂制品的主要原料。由于輕燒白云石尚在研究開發中，所以，現在國內所用的輕燒氧化鎂都是由750-850℃鍛燒的菱鎂礦制作而成。
    菱鎂礦是一種鎂的碳酸鹽礦物，主要化學成分是碳酸鎂（MgC0₃）。據資料介紹川，全已探明的菱鎂礦儲量約為100億噸，主要分布在、朝鮮、前蘇聯等。我國菱鎂礦石儲量約31億噸，占儲量位，遼寧的海城、大石橋一帶儲量約27億噸，占國內的86％，山東萊州儲量約占國內的10％，我國每年的開采量約1200萬噸。
   輕燒氧化鎂粉的成分可分為含鎂成分和其他成分，其中，含鎂成分包括活性氧化鎂與非活性氧化鎂，總量約為輕燒氧化鎂的75～85％；其他成分包括CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、灼燒失量等，占輕燒氧化鎂的15～25%；主要成分見表1。

    輕燒氧化鎂的使用現狀及存在的問題：[-page-]
    ①煅燒方面：由于菱鎂礦成分天然的不均勻性、粒度大小的差異以及反射煅燒窯爐溫度場邊壁效應所造成的不均勻性，使得菱鎂礦煅燒后成分波動很大，活性氧化鎂極差一般能達到5％，高的達到8％，這就給菱鎂制品的質量造成很大的不利；
    ②均化方面：國內的輕燒氧化鎂制造企業幾乎沒有氧化鎂的均化設施，菱鎂制品企業擁有均化設施的也寥寥無幾，這些因素，嚴重地降低了輕燒氧化鎂的均勻性，也就是降低了菱鎂制品的質量；③化驗方面：大多數菱鎂制品企業沒有自己的化驗設施，甚至有的輕燒氧化鎂生產企業也沒有質量控制室，這就給配料帶來了盲目性和不科學性；
    ④使用方面：不以活性含量為配比的計算依據，輕燒氧化鎂的存放無防潮措施，甚至有的企業將受潮結塊的氧化鎂粉碎了再使用；
    ⑤標準方面：我國先后頒布了8～9個氧化鎂質量標準，現在常用的是建材行業標準JC／T449―2000《鎂質膠凝材料用原料》和物資行業標準WB／T1019―2002《菱鎂制品用輕燒氧化鎂》，標準對控制氧化鎂粉的質量、提高菱鎂制品的質量有很重要的意義，在菱鎂行業中發揮了很好的監督和促進作用。JC／T449―2000標準中對輕燒氧化鎂的活性含量未做任何要求，僅靠控制氧化鎂的成分，這樣對生產配料計算不利，而WB／T1019―2002標準中既明確了氧化鎂的含量，又明確了活性氧化鎂含量，生產中更有實際指導意義。
    4．2影響菱鎂制品性能的主要因素
    5．2．1煅燒溫度
    輕燒氧化鎂是由菱鎂礦(MgCO₃)經750～850℃煅燒，再經雷蒙磨磨細而成。
    CaCO₃  →  CaO+CO₂ ↑(800～1000℃)    MgCO3  →  MgO+CO2↑  (750～850℃)
    煅燒溫度對輕燒氧化鎂的質量影響極大，若煅燒溫度太低，欠火氧化鎂(MgCO3)含量多，即燒失量高，所帶來的問題是：
    ①吸潮返鹵。欠火使制品內部晶體間有很大的孔隙，結構比較疏松，對氯化鎂的吸附力強，拌和時需用鹵水量多，易造成MgCl2含量過多，引起吸潮返鹵；
    ②翹曲變形。由于氯化鎂溶液與氧化鎂顆粒的接觸面積比較大，化學反應較快，初凝時間短，硬化反應集中，而MgO―MgCl₂一H₂O系統水化過程是一個強烈的放熱反應過程，若環境溫度較高，則反應升溫過快，造成較大的結晶應力和熱膨脹應力，使制品體積膨脹變形、翹曲，在夏季高溫季節或當菱鎂制品體積較大時，更容易發生；
    ③強度和耐水性降低。雖然反應能力強，反應快，但真正生成518相的數量卻少，網狀結構疏松，水分容易侵入，使強度降低。煅燒溫度太高，過燒氧化鎂含量多，即燒失量低，所帶來的問題是：[-page-]
①凝結緩慢。過火使氧化鎂密實度提高，結構致密，晶體間孔隙少，顆粒分散度降低，比表面積減少，反應緩慢，初凝時間長，脫模慢，生產效率降低；
②體積安定性差，變形開裂。過燒的。MgO水化過程很慢，有的長達幾個月以上，當已形成強度的水泥石中的MgO再遇水進行水化時，生成Mg(OH)₂，體積膨脹120%，這些膨脹應力使制品出現裂紋，甚至使結構破壞；
③強度和耐水性降低。低活性的過火氧化鎂與氯化鎂的反應能力差，反應不充分，水化產物518相降低，從而造成產品強度和耐水性變差。
    2．2．2活性含量
    活性氧化鎂為晶體結構發育良好，具有較大的內比表面積，對氯化鎂溶液具有很高吸附能力的氧化鎂，一句話，所謂氧化鎂的活性，是指它與水或MgCl₂溶液混合后具有發生水化反應的能力，亦稱水活性?；钚匝趸V是衡量輕燒氧化鎂質量、配料計算的重要依據?；钚匝趸V含量總是比總氧化鎂含量要低，這之間的差值一是在煅燒中與燒失量相關的氫氧化鎂和碳酸鎂含量，二是反應活性很差的過燒氧化鎂。平常人們講的“80粉”、  “85粉”都是指總氧化鎂含量，所以要把這二者區別開來。
    2．2．3 f―CaO含量
    游離氧化鈣是輕燒氧化鎂中的有害成分，余紅發教授研究了不同f―CaO含量對制品強度的影響，見表2。

    另外，f―CaO水化時體積膨脹90%，而鹵片中存在著SO4₂-當Ca(OH)₂轉化成石膏時，固體體積將增加2倍以上，導致制品變形，這也是限制輕燒氧化鎂中游離CaO含量、鹵片中SO42-量的原因。
    2．2．4細度
    在其他指標相同的情況下，氧化鎂粉磨的細度越粗，其活性就越低，制品的性能就越差，這也是無機材料所存在的共性。
    2．3生產中如何選用、控制MgO
    2．3．1成分的要求
     ①MgO含量：要求MgO含量在80～85%，欠火及過火的成分越少越好；
    ②活性MgO含量：要求活性MgO含量在60～65%；
    ③f―CaO含量：從表2分析，當f―CaO含量高于2％時，制品性能急劇降低，因此，要控制f―CaO含量低于2％：
    ④燒失量：燒失量能夠反映出氧化鎂煅燒溫度的高低。夏季高溫季節，選用燒失量較低，取5～6％，冬季低溫季節，選用燒失量略高，取7～9％；
    ⑤細度：盡量要大于150目，取180～200目，篩余量要低于3％；
    2．3.2生產中的要求
    ①儲存：要做好防潮處理，下鋪塑料薄膜，上蓋塑料薄膜，儲存時間好不要超過四個月，南方地區及多雨季節不要超過三個月；
    ②均化：有條件的企業盡量增加均化措施，這樣有利于產品質量的穩定；
    ③化驗：原料進廠時和使用前一定要對氧化鎂進行全面化驗，以計算佳配料比；
    3．MgCl2[-page-]
    3．1使用現狀及作用
    氯化鎂是生產菱鎂制品的第二大原料，也是菱鎂膠凝材料中的調和劑。氯化鎂可由沿海鹽田生產海鹽時的廢液，經蒸發濃縮制得；也可由內陸鹽湖的鹽水日曬，將鹵水蒸發結晶而制得；還可以由生產硫酸鉀、氯化鉀等廢液經日曬自然結晶而得到?，F在常用的是六水氯化鎂，其分子式為MgCl₂．6H₂O，因它含有六個結晶水，故名為六水氯化鎂，密度1．56～1．59g／cm3，在常溫水中的溶解度為35．3g／100g溶液，熔點118℃，因生產工藝的不同，外觀形狀有片狀、塊狀和粉狀，所以又稱為鹵片、鹵塊和鹵粉。
    近二年，市場上出現了一種無水氯化鎂的產品，其MgCl2含量在95～99%。無水氯化鎂可由工業六水氯化鎂經加熱、濃縮、重結晶的反復過程而得，能量消耗大，工藝生產嚴格，所以造成了生產成本高，難以推廣使用。而現在市場上使用的無水氯化鎂是制取金屬鈦的副產品，出廠價位在700～900元／噸，泡制鹵水時可加入2．5～3倍的水，因此比六水氯化鎂便宜。但在生產中也出現了一些問題，如泡制時鹵水溫度太高，影響了生產操作和反應時間，容易引起產品變形、開裂等。因此，使用無水氯化鎂要十分慎重，一定要在工藝上滿足生產的要求。
    氯化鎂在菱鎂制品中的作用及影響：
    ①是菱鎂水泥的調和劑，使菱鎂水泥硬化體產生高強度；
    ②能促進Mg(OH)₂的溶解和電離，有利于產物的生成，見表3；

    ③氯化鎂在高溫下分解釋放出的氯氣具有很好的致熄性，使菱鎂水泥具有優異的防火性能；
    ④氯鹽是國內外傳統的防凍劑，使菱鎂水泥具有極好的抗低溫性；
    ⑤氯化鎂是強吸潮劑，容易使菱鎂制品產生吸潮返鹵；
    ⑥與氧化鎂形成的518相是針桿狀結構，結晶接觸點很容易被水侵蝕，使菱鎂制品耐水性降低；
    ⑦由于氯化鎂大量吸水，使菱鎂制品容易產生變形。
    3．2影響菱鎂制品性能的主要因素
    3．2．1 MgCl₂
    MgCl2是工業氯化鎂中的有效成分，也是氯氧鎂水泥的主要反應成分，它是配方設計和配料計算的重要數據；
    3．2．2堿金屬氯化物
    KCl、NaCl是工業氯化鎂中的有害成分，它們的吸潮性很強，它們不參與水化反應而以游離狀態存在于制品中，使制品出現吸潮返鹵；另外，它們的存在還降低了制品強度，因此，生產中要嚴格控制含量。
    3．2．3 SO42
    硫酸根離子也是工業氯化鎂中的有害成分，它會與氧化鎂中的f―CaO水解后的產物Ca(OH)2反應，使制品體積產生膨脹變形，甚至開裂。
    3．3生產中如何選用、控制MgCl2
    3．3．1成分的要求
    ①MgCl2：嚴格控制MgCl2≥45％；
    ②堿金屬氯化物：堿金屬氯化物≤2％；
    ③SO42-：SO42-≤2.8%；
    3．3．2生產中的要求
    ①化驗：原料進廠時和使用前一定要對氯化鎂進行全面化驗，以計算佳配料比；
    ②生產時要以鹵水中MgCl2含量作為控制指標，而不要用鹵水的波美度來衡量。
    氯化鎂在我國儲量極為豐富，除沿海各大鹽場生產的海產氯化鎂之外，僅青海察爾汗鹽湖的儲量就達19億噸。行業內大型的氯化鎂生產企業，海產的有山東海化、天津海晶、唐山南堡鹽場等，青海湖產的有格爾木華鵬、嘉友鎂業等。
    總之，現在氯化鎂是菱鎂制品中為穩定的一種原料，只要制品生產企業不是刻意地購買低價原料，國內大的生產氯化鎂企業的產品質量完全能滿足要求，且質量穩定。
    4．改性劑
    改性劑是構成菱鎂制品的第三組分，也是一種關鍵性的組分，在生產中不可或缺。由于菱鎂制品本身存在的耐水性差、易吸潮返鹵、易翹曲變形等缺陷，因此，必須由高效的改性劑來解決。菱鎂制品的生產離不開改性劑，沒有改性劑的參與，要完全克服菱鎂制品上述的缺陷是很難實現的，所以，沒有改性劑是萬萬不能的；但也不能將改性劑的作用無限的夸大，如果不重視原材料、生產配方和工藝，僅僅依靠改性劑也難以達到應有的目的，所以，改性劑不是萬能的。
    改性劑是改性外加劑的簡稱，凡是能改善和提高菱鎂制品各種性能的外加劑，都可稱為改性劑。改性劑是這一類外加劑的統稱，而不是指某一個或某一類外加劑。現在一般指狹義的改性劑，即指單一成分或復合成分，用量是輕燒氧化鎂2%以下的制劑，可以是液態、固態、也可以是膏狀，可以是有機的、無機的，也可以是有機無機復合的組分；傳統意義上的工業廢渣等化工原料，一般將其納入無機填料的范疇。
    改性劑的種類，按其作用可分為：緩凝劑、促凝劑、早強劑(又分低溫型和常溫型)、減水劑、抗返鹵劑、消泡劑、發泡劑、增韌劑、表面處理劑等。
    如何正確地選擇和使用菱鎂改性劑，2007年6月菱鎂行業協會在山東淄博組織的標準宣貫會議上，本人已做了全面的介紹，文章并刊登在“菱鎂”雜志2007年第2期上，在此就不多贅述。[-page-]
    5．增強材料
    5．1增強材料的種類
    菱鎂水泥材料，包括凈漿、砂漿和混凝土等，Clˉ含量約2.0～9．0％，而硅酸鹽水泥混凝土的Clˉ含量約0．05％，可見鎂水泥的Clˉ含量高的多，對制品內鋼筋的腐蝕也嚴重的多，因此，菱鎂水泥制品不允許使用鋼筋作為增強材料。
    菱鎂水泥制品大部分使用玻璃纖維作為增強材料，有的制品，像檢查井蓋、包裝箱、活動板房等，使用竹筋或葦筋為增強材料。
    葦筋，即經加工處理的蘆葦，蘆葦是一年成熟多年生的草木植物，其主要成分為木質素和纖維素，另含有少量的脂肪和糖類。蘆葦有很高的抗拉強度和彈性模量，不帶節的單根葦片抗拉強度為1000～4000kg／cm2，帶節的為500～1600kg／Cm2，彈性模量為2．1～3．5×100000kg／cm2。我院在六十年代前后，曾做了大量的試驗，用葦筋作加強筋，生產了大量的鎂水泥構件，如鎂水泥電桿、門窗、屋面板等。
    竹筋，主要使用生長期二年以上竹竿的外皮。竹筋具有很高的抗拉強度，不帶節的單根竹片抗拉強度為2000～4000kg／cm2，帶節的為1000～2000kg／cm2，與鋼筋的抗拉強度基本相當；竹筋與鎂水泥鋸末混凝土之間的粘結力一般為1．5～3．OMPa，這與光園鋼筋同普通混凝土之間的粘結力(1．5～3．5MPa)相當，能夠保證竹筋與鎂水泥鋸末混凝土一起承受荷載。
    5．2玻璃纖維的使用現狀
   玻璃纖維是菱鎂制品必不可少的增強材料，是菱鎂制品的“筋”。由于Clˉ的腐蝕性使得不能用鋼筋作為菱鎂制品的增強材料，因此，玻璃纖維已成為菱鎂制品不可取代的增強材料，就如同混凝土中的鋼筋一樣不可或缺。
    玻璃纖維是一種無機非金屬的礦物纖維，由于成分不同，可以劃分為不同的種類，常見的可以拉制成纖的玻璃種類和主要性能見表4。

    菱鎂制品中使用的增強玻璃纖維主要有玻璃纖維布，纖維氈以及短切纖維絲，主要作用是提高菱鎂制品的抗折強度、抗沖擊強度和抗拉強度，增加制品的韌性?？紤]到菱鎂膠凝材料的堿性比較低(pH值為8.0～9.0)，因此可使用中堿玻璃纖維(E)，視產品的不同可選用玻璃纖維布或纖維氈或短切纖維絲。目前我國菱鎂制品行業每年需要使用玻璃纖維布或纖維氈約20萬噸，短切纖維絲約4萬噸。
    早在1995年，建材局就下發了354號文《關于嚴禁陶土坩堝生產的玻璃纖維用于玻璃鋼和其他玻璃纖維增強建材制品的通知》規定，陶土坩堝玻璃纖維布一旦用于建材制品中一律判為不合格。但近年來，國內許多的菱鎂制品企業為了片面地追求降低成本，采用了以廢玻璃為原料，用陶土坩堝拉絲的高堿玻璃纖維作為增強材料來生產通風管道、隔墻板、玻鎂平板、屋面板等產品，嚴重地降低了制品的耐久性，導致完全喪失玻璃纖維的增強作用。
    5．3影響菱鎂制品性能的主要因素
    5．3．1堿金屬氧化物含量
    中堿玻璃纖維采用鈉鈣硅酸鹽玻璃成分，其堿金屬氧化物含量為12±0．4％，超過此值即為高堿玻璃纖維。高堿玻璃纖維應用到菱鎂制品中，在空氣濕度變大或遇到水后，纖維中的Na2O、K2O會形成NaOH、KOH等產物，與玻璃纖維中起骨架作用的SiO2發生反應，破壞了玻璃纖維的結構組成，對菱鎂制品起不了加筋增強的作用，時間一長就會導致制品開裂、變形、強度大幅度降低，危機人身安全，影響工程質量，因此菱鎂制品中要嚴禁使用高堿玻璃纖維。
    5．3．2玻璃纖維的加入方式、配向及層數
    菱鎂制品的性能與玻璃纖維在料漿中的加入方式、配向及層數有關。一個物體在外力的作用下，它在各個不同的部位所產生的內應力的大小和方向是不同的。一張板材在外力的作用下，其內應力的分布情況是越接近板材的表面，內應力越大；越接近中間層，其應力越小，直到中性層，其內應力為零。
    玻璃纖維的加入方式和配向可用效力指數來表示，幾種配向的效力指數見表5。

    在保證料漿和玻璃纖維布有充分的滲透和粘接的條件下，玻璃纖維布層數越多，制品的強度會越高，這也是經過試驗證明的。
    因此，要獲得菱鎂復合材料高的力學性能，需要將玻璃纖維分布在接近制品表面的地方，而且需要順向，分布均勻。[-page-]
    5．3．3玻璃纖維與料漿的粘接(握裹力)
    菱鎂膠凝材料是一種無機膠凝材料，料漿的稠度很大，浸潤、滲透玻璃纖維的能力很差，而成型時玻璃纖維和基體的界面粘合完全是機械式的結合，通過料漿對玻璃纖維的滲透使纖維和基體“鉚”在了一起。為了傳遞應力，就必須使基體和增強材料的表面之間有良好的粘接或較大的握裹力，它與料漿介質的接觸面有直接關系，即與纖維在料漿中的分散均勻有關。對不同的玻璃纖維而言，取決于浸潤劑的品種、含量以及所處的狀態；而對于同一種纖維，就僅僅取決于接觸面積。一根纖維，其接觸面等于纖維的周長乘以纖維的長度，當纖
維的直徑確定后，其表面積主要取決于纖維的長度。因此，應盡量采用長玻璃纖維并無曲度，同時能高度分散或均勻定位。同時還要求玻璃纖維的浸潤劑有良好的成膜組分，以利于纖維與料漿充分接觸，提高料漿對纖維的握裹力。
    5．4生產中如何選用、控制
    為了規范和整頓菱鎂市場，由山東省建筑科學研究院等單位編寫了標準《菱鎂制品用玻璃纖維布》WB／T1036―2006，對其主要指標及其檢驗分析方法都做了規定。該標準對控制玻璃纖維市場、提高菱鎂制品的質量有重要的意義。
    在生產中，先要使用中堿玻璃纖維布(氈)，在此基礎上，要對纖維布的紗線線密度、經緯密度、單位面積質量和斷裂強力提出要求，以適合自己生產產品的需要。
    6．經濟分析
    以菱鎂行業中產量大的玻鎂平板、復合保溫板、復合保溫墻板為例進行計算，經濟分析見表6。表6中的分析是以山東省為計算依據的，含材料運費，計算數值均為近似值。

    從表6中看出，菱鎂制品中材料的成本構成由大到小的順序為：保溫材料(EPS)――增強材料、輕燒氧化鎂一氯化鎂一填充材料一一改性劑。
    7．結語
    ①、菱鎂制品是一種性能優良的無機膠凝材料，在我國原材料儲量豐富，因此應重視并加大在這方面的研究和開發，使其滿足國民經濟發展的需要。
    ②、要正確理解總MgO和活性MgO之間的關系，只有活性MgO才是衡量輕燒氧化鎂質量、配料計算的重要指標。
    ③、正確理解改性劑是菱鎂制品重要的第三組分的含義，改性劑不是可有可無的組分，但其作用也不是無所不能，要正確處理好原料、配比、工藝與改性的關系。
    ④、玻璃纖維是菱鎂制品必不可少的增強材料，是菱鎂制品的“筋”，要正確、合理的選用，但不得使用高堿玻璃纖維。
    ⑤、保溫材料、增強材料和輕燒氧化鎂是構成菱鎂制品成本的三大主要原材料，生產中要正確選用、嚴格控制質量。
參考資料：
[1]王兆敏．菱鎂礦現狀與發展趨勢．2007年鎂鹽生產應用與技術信息研討會．2007．125
[2]余紅發．氯氧鎂水泥及其應用．建材工業出版社．1993．18