2010-09-01 

                        由氯氧镁碳化引起索瑞尔水泥抛光砖上产生裂缝的研究

                                 翻译：李战发，校对：曹永敏

    摘要：氯氧镁抛光砖放置5个月后会使得制品的两个面朝同一个方向弯曲，同时生成两种垂直的裂纹体系。取样品表层结皮粉化后用蒸馏水处理，发现有两个沉积层。在下层有：氢氧镁石，F ，氯酸钾盐和少量的F 。在上层有：方镁石，F 和氢氧镁石。
F 和氯甲酸盐共同存在表明碳化反应是与F 作用的。碳化反应后使得体积增大并产生足够大的压力而引起裂纹。由于大气中二氧化碳的存在，氧化钙杂质的存在会生成文石，这个过程与生成氯甲酸盐是同时进行的，而且镁离子会抑制方解石的形成。
 
                                             前言
    氯氧镁（或者说索瑞尔水泥）以4种不同的分子形式存在（F ，F ，F 和F ），它们的命名方式是采取分子式中每摩尔MgCl 对应的Mg(OH) 的数目来命名的。在室温（＜100℃)下F 和F 最稳定。
本文只是系列研究提高抛光砖性能工程的一部分，因此，实验中所用的原材料都是工业级的。文章论述了氯氧化物的一种特殊应用，通过索瑞尔水泥把磨料微粒黏合起来制成装饰石材用的抛光砖。
有时候，这些抛光砖放置一段时间后就会出现裂纹，这些裂纹消弱了水泥的粘结性能从而导致力学性能下降，缩短了砖的使用寿命。
    本文就是为了探寻出现弯曲表面和砖裂缝的原因。
 
                                         材料与方法
    煅烧完全的氧化镁，氯化镁混合，再加使料浆稠度合适的水，比如，他们的摩尔比为7：1：13。
把固化好的砖放置在小盒子里，试样形状为等腰三角形，尺寸为：b=7.5cm，h=17cm，厚度为6.5cm，如图一（A）所示。
    五个月后观察试样发现两个等腰三角形的对等面显著地朝一个方向弯曲形成一个凸面和一个凹面。（如图一，B）。
    另外在凸弯曲上有很多小裂纹与弯曲轴平行，同时有一个与小裂纹垂直的长且宽的裂纹出现。
应当指出的是砖的中心和表层颜色不同，中心的颜色为灰色，表层的颜色为暗灰色。凹面的表层差不多为1厘米后，而凸面的表层超过3厘米厚。
    在烧杯中用蒸馏水溶解10g表层粉末样品试图分离砖的水泥相。样品经过多次洗涤过滤，把固体残留物在室温下干燥，获得的沉淀物有一个较为明显的层次分布 。
    1. 沉在烧杯底部的厚层晶粒粗大，颜色为暗灰色。
    2. 烧杯上部薄层晶粒就比较小，颜色呈灰色，是典型的干燥裂纹。
    为了避免因机械研磨而引起的相转换，而是通过人工慢慢研磨。采用西门子d500自动化x射线衍射仪对不同样本的晶相进行分析。
 
                                         结果和讨论
    X射线分析在下层的为：氢氧镁石，F ，文石，氯甲酸盐和少量的F 。在上层为：方镁石，F ，氢氧镁石和少量的氯甲酸盐。
    粗粒度的部分在沉积过程中最先沉淀下来，因此F 和氯甲酸盐粒子尺寸最大，也表明碳化物能起两相聚集粒子黏结作用。
    表一中列出了在深灰和浅灰色的样品中已确定的活性相。从表中我们可以看到氯甲酸镁盐急剧增加（数值达到789 c/s）。同时，F 浓度急剧下降（由557 c/s 下降到 127 c/s），毫无疑问是大气中的二氧化碳与F 发生碳化反应伴随着如下反应：3Mg(OH)2·MgCl2·5H2O + 2CO2 →Mg(OH)2·2MgCO3·MgC12·6H20 + H2O。
    事实上，两个初始的对称斜面（图1.A）弯曲表明在凸面上有较强的压力出现，凸面上的碳化反应也很强烈，样品深灰色区域厚度较高也证明了这一点。
    碳化效应和结构重排会致使体积增加从而产生足够大的压力而引起裂纹。
    文石和氯甲酸盐在样品的深灰色区域同时出现表明两者碳化的过程是同时进行的。
    煅烧充分的氧化镁里面通常含有氧化钙杂质。因为生石灰比氧化钙更活泼，因此在反应过程中大量的水分就先与氧化钙水化生成氢氧化钙，其碳化产生文石，因此碳酸钙的多形体就广泛分布于深灰色聚集体中。尽管由氧化钙生成文石会使得体积膨胀160%，但是氧化钙的含量很少其引起的压力破坏是可以忽略的。
    熟石灰在没有像氯化镁这样的抑制剂的情况下会产生方解石，很明显，砖里富含氯化物所以没有方解石产生。
已经有大量的工作对镁离子抑制方解石的形成做了研究。本论文中就是对这一课题的相关报道。
    氯甲酸盐主要是由F 的碳化引起的。
    F 的碳化是比较困难的，也就是F 比F 更稳定。另一方面，由于碳化产生的氢氧化镁将起到保护F 的作用，其包围于粒子的表面使之免受二氧化碳的侵蚀。
                                            参考资料
    1.  M.T.  Ball,  Cem.  Concr.  Res.  2,  575 (1977).
    2.  T. Demediuk,  W.F  Cole  and H.V  Heuber,  Austr.  J. Chem.  8,215  (1955).
    3.  H. Leitmeier,  Neues  Jahrb.  Mineral.  49 (1910).
    4.  H. Leitmeier,  Neues  Jahrb.  Mineral.  Bd. a.,  655 (1916).
    5.  J.W.  Murray,  J. Geol.  f&  481 (1954).
    6.  A.J.  Eardley,  Bull.  Am.  Ass.  Petroleum  Geol. 22,  1359 (1938).
    7.  D. Neev  and  K.O.  Emery,  Israel  Geol.  Survey  Bull.  j_l, (1967)
    8.  P.H.  Managhan  and M.L.  Lytle,  J. Sediment.  Petrol.  26,  I1 I (1956).
    9.  F. Lippmann,  Sedimet&ar?,  Carbw  Mmer&,  p I IO, Springer-Verlag,  Berlin,  Heidelberg,  New York  (1973).
                                                表一
     两个沉积层的x射线分析。T：主要成分，t：微量成分，c/s：Counts Per Second