1．概况
    菱镁制品是以氯氧镁水泥为胶凝材料，以外加剂进行改性处理，掺入某些有机和无机的填充材料，以玻璃纤维进行增强而制成的产品，它的主要原材料是由轻烧氧化镁（MgO）、工业氯化镁（MgCl₂）、改性剂以及玻璃纤维增强材料等来构成的。
    我国菱镁行业曾经几起几落。近十年来，随着技术的发展和品种的扩展，我国菱镁行业进人了一个新的发展阶段，面临新的机遇与挑战。菱镁行业正从传统的菱镁制品框架中跳出，向以新型建材为主体的工业体系转型，展示出广阔的发展空间。
    上世纪七、八十年代，菱镁产品主要是包装箱、活动板房等。随着科学技术的进步，菱镁产品科技含量也随之增大，产品开始向多门类多品种发展，玻镁平板、轻质隔墙板、通风管道、复合保温板、装修装饰材料、农用大棚架、农用沼气池、检查井盖、工艺制品、波形瓦等已被广泛使用，这些产品的应用已经超出当时菱镁制品作为节约代用材料的范畴。
    2 ．MgO
    2.1概念及使用现状
    轻烧氧化镁是菱镁制品的大原料，在制品中约占33-50％。氧化镁按生产方法可分为锻烧氧化镁和非缎烧氧化镁两大类。锻烧氧化镁是用含有碳酸镁的矿物菱镁矿石或白云石锻烧而成的。按锻烧温度的不同又分为，1400-1800℃锻烧为重烧氧化镁，主要用于耐火材料等；而在750--850℃锻烧的菱镁矿或650-750℃锻烧的白云石才称为轻烧氧化镁，这种氧化镁没有烧结成晶体，活性很高，是生产菱镁制品的主要原料。由于轻烧白云石尚在研究开发中，所以，现在国内所用的轻烧氧化镁都是由750-850℃锻烧的菱镁矿制作而成。
    菱镁矿是一种镁的碳酸盐矿物，主要化学成分是碳酸镁（MgC0₃）。据资料介绍川，全已探明的菱镁矿储量约为100亿吨，主要分布在、朝鲜、前苏联等。我国菱镁矿石储量约31亿吨，占储量位，辽宁的海城、大石桥一带储量约27亿吨，占国内的86％，山东莱州储量约占国内的10％，我国每年的开采量约1200万吨。
   轻烧氧化镁粉的成分可分为含镁成分和其他成分，其中，含镁成分包括活性氧化镁与非活性氧化镁，总量约为轻烧氧化镁的75～85％；其他成分包括CaO、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、灼烧失量等，占轻烧氧化镁的15～25%；主要成分见表1。

    轻烧氧化镁的使用现状及存在的问题：[-page-]
    ①煅烧方面：由于菱镁矿成分天然的不均匀性、粒度大小的差异以及反射煅烧窑炉温度场边壁效应所造成的不均匀性，使得菱镁矿煅烧后成分波动很大，活性氧化镁极差一般能达到5％，高的达到8％，这就给菱镁制品的质量造成很大的不利；
    ②均化方面：国内的轻烧氧化镁制造企业几乎没有氧化镁的均化设施，菱镁制品企业拥有均化设施的也寥寥无几，这些因素，严重地降低了轻烧氧化镁的均匀性，也就是降低了菱镁制品的质量；③化验方面：大多数菱镁制品企业没有自己的化验设施，甚至有的轻烧氧化镁生产企业也没有质量控制室，这就给配料带来了盲目性和不科学性；
    ④使用方面：不以活性含量为配比的计算依据，轻烧氧化镁的存放无防潮措施，甚至有的企业将受潮结块的氧化镁粉碎了再使用；
    ⑤标准方面：我国先后颁布了8～9个氧化镁质量标准，现在常用的是建材行业标准JC／T449―2000《镁质胶凝材料用原料》和物资行业标准WB／T1019―2002《菱镁制品用轻烧氧化镁》，标准对控制氧化镁粉的质量、提高菱镁制品的质量有很重要的意义，在菱镁行业中发挥了很好的监督和促进作用。JC／T449―2000标准中对轻烧氧化镁的活性含量未做任何要求，仅靠控制氧化镁的成分，这样对生产配料计算不利，而WB／T1019―2002标准中既明确了氧化镁的含量，又明确了活性氧化镁含量，生产中更有实际指导意义。
    4．2影响菱镁制品性能的主要因素
    5．2．1煅烧温度
    轻烧氧化镁是由菱镁矿(MgCO₃)经750～850℃煅烧，再经雷蒙磨磨细而成。
    CaCO₃  →  CaO+CO₂ ↑(800～1000℃)    MgCO3  →  MgO+CO2↑  (750～850℃)
    煅烧温度对轻烧氧化镁的质量影响极大，若煅烧温度太低，欠火氧化镁(MgCO3)含量多，即烧失量高，所带来的问题是：
    ①吸潮返卤。欠火使制品内部晶体间有很大的孔隙，结构比较疏松，对氯化镁的吸附力强，拌和时需用卤水量多，易造成MgCl2含量过多，引起吸潮返卤；
    ②翘曲变形。由于氯化镁溶液与氧化镁颗粒的接触面积比较大，化学反应较快，初凝时间短，硬化反应集中，而MgO―MgCl₂一H₂O系统水化过程是一个强烈的放热反应过程，若环境温度较高，则反应升温过快，造成较大的结晶应力和热膨胀应力，使制品体积膨胀变形、翘曲，在夏季高温季节或当菱镁制品体积较大时，更容易发生；
    ③强度和耐水性降低。虽然反应能力强，反应快，但真正生成518相的数量却少，网状结构疏松，水分容易侵入，使强度降低。煅烧温度太高，过烧氧化镁含量多，即烧失量低，所带来的问题是：[-page-]
①凝结缓慢。过火使氧化镁密实度提高，结构致密，晶体间孔隙少，颗粒分散度降低，比表面积减少，反应缓慢，初凝时间长，脱模慢，生产效率降低；
②体积安定性差，变形开裂。过烧的。MgO水化过程很慢，有的长达几个月以上，当已形成强度的水泥石中的MgO再遇水进行水化时，生成Mg(OH)₂，体积膨胀120%，这些膨胀应力使制品出现裂纹，甚至使结构破坏；
③强度和耐水性降低。低活性的过火氧化镁与氯化镁的反应能力差，反应不充分，水化产物518相降低，从而造成产品强度和耐水性变差。
    2．2．2活性含量
    活性氧化镁为晶体结构发育良好，具有较大的内比表面积，对氯化镁溶液具有很高吸附能力的氧化镁，一句话，所谓氧化镁的活性，是指它与水或MgCl₂溶液混合后具有发生水化反应的能力，亦称水活性。活性氧化镁是衡量轻烧氧化镁质量、配料计算的重要依据。活性氧化镁含量总是比总氧化镁含量要低，这之间的差值一是在煅烧中与烧失量相关的氢氧化镁和碳酸镁含量，二是反应活性很差的过烧氧化镁。平常人们讲的“80粉”、  “85粉”都是指总氧化镁含量，所以要把这二者区别开来。
    2．2．3 f―CaO含量
    游离氧化钙是轻烧氧化镁中的有害成分，余红发教授研究了不同f―CaO含量对制品强度的影响，见表2。

    另外，f―CaO水化时体积膨胀90%，而卤片中存在着SO4₂-当Ca(OH)₂转化成石膏时，固体体积将增加2倍以上，导致制品变形，这也是限制轻烧氧化镁中游离CaO含量、卤片中SO42-量的原因。
    2．2．4细度
    在其他指标相同的情况下，氧化镁粉磨的细度越粗，其活性就越低，制品的性能就越差，这也是无机材料所存在的共性。
    2．3生产中如何选用、控制MgO
    2．3．1成分的要求
     ①MgO含量：要求MgO含量在80～85%，欠火及过火的成分越少越好；
    ②活性MgO含量：要求活性MgO含量在60～65%；
    ③f―CaO含量：从表2分析，当f―CaO含量高于2％时，制品性能急剧降低，因此，要控制f―CaO含量低于2％：
    ④烧失量：烧失量能够反映出氧化镁煅烧温度的高低。夏季高温季节，选用烧失量较低，取5～6％，冬季低温季节，选用烧失量略高，取7～9％；
    ⑤细度：尽量要大于150目，取180～200目，筛余量要低于3％；
    2．3.2生产中的要求
    ①储存：要做好防潮处理，下铺塑料薄膜，上盖塑料薄膜，储存时间好不要超过四个月，南方地区及多雨季节不要超过三个月；
    ②均化：有条件的企业尽量增加均化措施，这样有利于产品质量的稳定；
    ③化验：原料进厂时和使用前一定要对氧化镁进行全面化验，以计算佳配料比；
    3．MgCl2[-page-]
    3．1使用现状及作用
    氯化镁是生产菱镁制品的第二大原料，也是菱镁胶凝材料中的调和剂。氯化镁可由沿海盐田生产海盐时的废液，经蒸发浓缩制得；也可由内陆盐湖的盐水日晒，将卤水蒸发结晶而制得；还可以由生产硫酸钾、氯化钾等废液经日晒自然结晶而得到。现在常用的是六水氯化镁，其分子式为MgCl₂．6H₂O，因它含有六个结晶水，故名为六水氯化镁，密度1．56～1．59g／cm3，在常温水中的溶解度为35．3g／100g溶液，熔点118℃，因生产工艺的不同，外观形状有片状、块状和粉状，所以又称为卤片、卤块和卤粉。
    近二年，市场上出现了一种无水氯化镁的产品，其MgCl2含量在95～99%。无水氯化镁可由工业六水氯化镁经加热、浓缩、重结晶的反复过程而得，能量消耗大，工艺生产严格，所以造成了生产成本高，难以推广使用。而现在市场上使用的无水氯化镁是制取金属钛的副产品，出厂价位在700～900元／吨，泡制卤水时可加入2．5～3倍的水，因此比六水氯化镁便宜。但在生产中也出现了一些问题，如泡制时卤水温度太高，影响了生产操作和反应时间，容易引起产品变形、开裂等。因此，使用无水氯化镁要十分慎重，一定要在工艺上满足生产的要求。
    氯化镁在菱镁制品中的作用及影响：
    ①是菱镁水泥的调和剂，使菱镁水泥硬化体产生高强度；
    ②能促进Mg(OH)₂的溶解和电离，有利于产物的生成，见表3；

    ③氯化镁在高温下分解释放出的氯气具有很好的致熄性，使菱镁水泥具有优异的防火性能；
    ④氯盐是国内外传统的防冻剂，使菱镁水泥具有极好的抗低温性；
    ⑤氯化镁是强吸潮剂，容易使菱镁制品产生吸潮返卤；
    ⑥与氧化镁形成的518相是针杆状结构，结晶接触点很容易被水侵蚀，使菱镁制品耐水性降低；
    ⑦由于氯化镁大量吸水，使菱镁制品容易产生变形。
    3．2影响菱镁制品性能的主要因素
    3．2．1 MgCl₂
    MgCl2是工业氯化镁中的有效成分，也是氯氧镁水泥的主要反应成分，它是配方设计和配料计算的重要数据；
    3．2．2碱金属氯化物
    KCl、NaCl是工业氯化镁中的有害成分，它们的吸潮性很强，它们不参与水化反应而以游离状态存在于制品中，使制品出现吸潮返卤；另外，它们的存在还降低了制品强度，因此，生产中要严格控制含量。
    3．2．3 SO42
    硫酸根离子也是工业氯化镁中的有害成分，它会与氧化镁中的f―CaO水解后的产物Ca(OH)2反应，使制品体积产生膨胀变形，甚至开裂。
    3．3生产中如何选用、控制MgCl2
    3．3．1成分的要求
    ①MgCl2：严格控制MgCl2≥45％；
    ②碱金属氯化物：碱金属氯化物≤2％；
    ③SO42-：SO42-≤2.8%；
    3．3．2生产中的要求
    ①化验：原料进厂时和使用前一定要对氯化镁进行全面化验，以计算佳配料比；
    ②生产时要以卤水中MgCl2含量作为控制指标，而不要用卤水的波美度来衡量。
    氯化镁在我国储量极为丰富，除沿海各大盐场生产的海产氯化镁之外，仅青海察尔汗盐湖的储量就达19亿吨。行业内大型的氯化镁生产企业，海产的有山东海化、天津海晶、唐山南堡盐场等，青海湖产的有格尔木华鹏、嘉友镁业等。
    总之，现在氯化镁是菱镁制品中为稳定的一种原料，只要制品生产企业不是刻意地购买低价原料，国内大的生产氯化镁企业的产品质量完全能满足要求，且质量稳定。
    4．改性剂
    改性剂是构成菱镁制品的第三组分，也是一种关键性的组分，在生产中不可或缺。由于菱镁制品本身存在的耐水性差、易吸潮返卤、易翘曲变形等缺陷，因此，必须由高效的改性剂来解决。菱镁制品的生产离不开改性剂，没有改性剂的参与，要完全克服菱镁制品上述的缺陷是很难实现的，所以，没有改性剂是万万不能的；但也不能将改性剂的作用无限的夸大，如果不重视原材料、生产配方和工艺，仅仅依靠改性剂也难以达到应有的目的，所以，改性剂不是万能的。
    改性剂是改性外加剂的简称，凡是能改善和提高菱镁制品各种性能的外加剂，都可称为改性剂。改性剂是这一类外加剂的统称，而不是指某一个或某一类外加剂。现在一般指狭义的改性剂，即指单一成分或复合成分，用量是轻烧氧化镁2%以下的制剂，可以是液态、固态、也可以是膏状，可以是有机的、无机的，也可以是有机无机复合的组分；传统意义上的工业废渣等化工原料，一般将其纳入无机填料的范畴。
    改性剂的种类，按其作用可分为：缓凝剂、促凝剂、早强剂(又分低温型和常温型)、减水剂、抗返卤剂、消泡剂、发泡剂、增韧剂、表面处理剂等。
    如何正确地选择和使用菱镁改性剂，2007年6月菱镁行业协会在山东淄博组织的标准宣贯会议上，本人已做了全面的介绍，文章并刊登在“菱镁”杂志2007年第2期上，在此就不多赘述。[-page-]
    5．增强材料
    5．1增强材料的种类
    菱镁水泥材料，包括净浆、砂浆和混凝土等，Clˉ含量约2.0～9．0％，而硅酸盐水泥混凝土的Clˉ含量约0．05％，可见镁水泥的Clˉ含量高的多，对制品内钢筋的腐蚀也严重的多，因此，菱镁水泥制品不允许使用钢筋作为增强材料。
    菱镁水泥制品大部分使用玻璃纤维作为增强材料，有的制品，像检查井盖、包装箱、活动板房等，使用竹筋或苇筋为增强材料。
    苇筋，即经加工处理的芦苇，芦苇是一年成熟多年生的草木植物，其主要成分为木质素和纤维素，另含有少量的脂肪和糖类。芦苇有很高的抗拉强度和弹性模量，不带节的单根苇片抗拉强度为1000～4000kg／cm2，带节的为500～1600kg／Cm2，弹性模量为2．1～3．5×100000kg／cm2。我院在六十年代前后，曾做了大量的试验，用苇筋作加强筋，生产了大量的镁水泥构件，如镁水泥电杆、门窗、屋面板等。
    竹筋，主要使用生长期二年以上竹竿的外皮。竹筋具有很高的抗拉强度，不带节的单根竹片抗拉强度为2000～4000kg／cm2，带节的为1000～2000kg／cm2，与钢筋的抗拉强度基本相当；竹筋与镁水泥锯末混凝土之间的粘结力一般为1．5～3．OMPa，这与光园钢筋同普通混凝土之间的粘结力(1．5～3．5MPa)相当，能够保证竹筋与镁水泥锯末混凝土一起承受荷载。
    5．2玻璃纤维的使用现状
   玻璃纤维是菱镁制品必不可少的增强材料，是菱镁制品的“筋”。由于Clˉ的腐蚀性使得不能用钢筋作为菱镁制品的增强材料，因此，玻璃纤维已成为菱镁制品不可取代的增强材料，就如同混凝土中的钢筋一样不可或缺。
    玻璃纤维是一种无机非金属的矿物纤维，由于成分不同，可以划分为不同的种类，常见的可以拉制成纤的玻璃种类和主要性能见表4。

    菱镁制品中使用的增强玻璃纤维主要有玻璃纤维布，纤维毡以及短切纤维丝，主要作用是提高菱镁制品的抗折强度、抗冲击强度和抗拉强度，增加制品的韧性。考虑到菱镁胶凝材料的碱性比较低(pH值为8.0～9.0)，因此可使用中碱玻璃纤维(E)，视产品的不同可选用玻璃纤维布或纤维毡或短切纤维丝。目前我国菱镁制品行业每年需要使用玻璃纤维布或纤维毡约20万吨，短切纤维丝约4万吨。
    早在1995年，建材局就下发了354号文《关于严禁陶土坩埚生产的玻璃纤维用于玻璃钢和其他玻璃纤维增强建材制品的通知》规定，陶土坩埚玻璃纤维布一旦用于建材制品中一律判为不合格。但近年来，国内许多的菱镁制品企业为了片面地追求降低成本，采用了以废玻璃为原料，用陶土坩埚拉丝的高碱玻璃纤维作为增强材料来生产通风管道、隔墙板、玻镁平板、屋面板等产品，严重地降低了制品的耐久性，导致完全丧失玻璃纤维的增强作用。
    5．3影响菱镁制品性能的主要因素
    5．3．1碱金属氧化物含量
    中碱玻璃纤维采用钠钙硅酸盐玻璃成分，其碱金属氧化物含量为12±0．4％，超过此值即为高碱玻璃纤维。高碱玻璃纤维应用到菱镁制品中，在空气湿度变大或遇到水后，纤维中的Na2O、K2O会形成NaOH、KOH等产物，与玻璃纤维中起骨架作用的SiO2发生反应，破坏了玻璃纤维的结构组成，对菱镁制品起不了加筋增强的作用，时间一长就会导致制品开裂、变形、强度大幅度降低，危机人身安全，影响工程质量，因此菱镁制品中要严禁使用高碱玻璃纤维。
    5．3．2玻璃纤维的加入方式、配向及层数
    菱镁制品的性能与玻璃纤维在料浆中的加入方式、配向及层数有关。一个物体在外力的作用下，它在各个不同的部位所产生的内应力的大小和方向是不同的。一张板材在外力的作用下，其内应力的分布情况是越接近板材的表面，内应力越大；越接近中间层，其应力越小，直到中性层，其内应力为零。
    玻璃纤维的加入方式和配向可用效力指数来表示，几种配向的效力指数见表5。

    在保证料浆和玻璃纤维布有充分的渗透和粘接的条件下，玻璃纤维布层数越多，制品的强度会越高，这也是经过试验证明的。
    因此，要获得菱镁复合材料高的力学性能，需要将玻璃纤维分布在接近制品表面的地方，而且需要顺向，分布均匀。[-page-]
    5．3．3玻璃纤维与料浆的粘接(握裹力)
    菱镁胶凝材料是一种无机胶凝材料，料浆的稠度很大，浸润、渗透玻璃纤维的能力很差，而成型时玻璃纤维和基体的界面粘合完全是机械式的结合，通过料浆对玻璃纤维的渗透使纤维和基体“铆”在了一起。为了传递应力，就必须使基体和增强材料的表面之间有良好的粘接或较大的握裹力，它与料浆介质的接触面有直接关系，即与纤维在料浆中的分散均匀有关。对不同的玻璃纤维而言，取决于浸润剂的品种、含量以及所处的状态；而对于同一种纤维，就仅仅取决于接触面积。一根纤维，其接触面等于纤维的周长乘以纤维的长度，当纤
维的直径确定后，其表面积主要取决于纤维的长度。因此，应尽量采用长玻璃纤维并无曲度，同时能高度分散或均匀定位。同时还要求玻璃纤维的浸润剂有良好的成膜组分，以利于纤维与料浆充分接触，提高料浆对纤维的握裹力。
    5．4生产中如何选用、控制
    为了规范和整顿菱镁市场，由山东省建筑科学研究院等单位编写了标准《菱镁制品用玻璃纤维布》WB／T1036―2006，对其主要指标及其检验分析方法都做了规定。该标准对控制玻璃纤维市场、提高菱镁制品的质量有重要的意义。
    在生产中，先要使用中碱玻璃纤维布(毡)，在此基础上，要对纤维布的纱线线密度、经纬密度、单位面积质量和断裂强力提出要求，以适合自己生产产品的需要。
    6．经济分析
    以菱镁行业中产量大的玻镁平板、复合保温板、复合保温墙板为例进行计算，经济分析见表6。表6中的分析是以山东省为计算依据的，含材料运费，计算数值均为近似值。

    从表6中看出，菱镁制品中材料的成本构成由大到小的顺序为：保温材料(EPS)――增强材料、轻烧氧化镁一氯化镁一填充材料一一改性剂。
    7．结语
    ①、菱镁制品是一种性能优良的无机胶凝材料，在我国原材料储量丰富，因此应重视并加大在这方面的研究和开发，使其满足国民经济发展的需要。
    ②、要正确理解总MgO和活性MgO之间的关系，只有活性MgO才是衡量轻烧氧化镁质量、配料计算的重要指标。
    ③、正确理解改性剂是菱镁制品重要的第三组分的含义，改性剂不是可有可无的组分，但其作用也不是无所不能，要正确处理好原料、配比、工艺与改性的关系。
    ④、玻璃纤维是菱镁制品必不可少的增强材料，是菱镁制品的“筋”，要正确、合理的选用，但不得使用高碱玻璃纤维。
    ⑤、保温材料、增强材料和轻烧氧化镁是构成菱镁制品成本的三大主要原材料，生产中要正确选用、严格控制质量。
参考资料：
[1]王兆敏．菱镁矿现状与发展趋势．2007年镁盐生产应用与技术信息研讨会．2007．125
[2]余红发．氯氧镁水泥及其应用．建材工业出版社．1993．18