建科特種建筑工程為您解析由氯氧鎂碳化引起索瑞爾水泥拋光磚上產生裂縫
2010-09-01
由氯氧鎂碳化引起索瑞爾水泥拋光磚上產生裂縫的研究
翻譯：李戰發，校對：曹永敏
摘要：氯氧鎂拋光磚放置5個月后會使得制品的兩個面朝同一個方向彎曲，同時生成兩種垂直的裂紋體系。取樣品表層結皮粉化后用蒸餾水處理，發現有兩個沉積層。在下層有：氫氧鎂石，F ，氯酸鉀鹽和少量的F 。在上層有：方鎂石，F 和氫氧鎂石。
F 和氯甲酸鹽共同存在表明碳化反應是與F 作用的。碳化反應后使得體積增大并產生足夠大的壓力而引起裂紋。由于大氣中二氧化碳的存在，氧化鈣雜質的存在會生成文石，這個過程與生成氯甲酸鹽是同時進行的，而且鎂離子會抑制方解石的形成。
前言
氯氧鎂（或者說索瑞爾水泥）以4種不同的分子形式存在（F ，F ，F 和F ），它們的命名方式是采取分子式中每摩爾MgCl 對應的Mg(OH) 的數目來命名的。在室溫（＜100℃)下F 和F 最穩定。
本文只是系列研究提高拋光磚性能工程的一部分，因此，實驗中所用的原材料都是工業級的。文章論述了氯氧化物的一種特殊應用，通過索瑞爾水泥把磨料微粒黏合起來制成裝飾石材用的拋光磚。
有時候，這些拋光磚放置一段時間后就會出現裂紋，這些裂紋消弱了水泥的粘結性能從而導致力學性能下降，縮短了磚的使用壽命。
本文就是為了探尋出現彎曲表面和磚裂縫的原因。
材料與方法
煅燒完全的氧化鎂，氯化鎂混合，再加使料漿稠度合適的水，比如，他們的摩爾比為7：1：13。
把固化好的磚放置在小盒子里，試樣形狀為等腰三角形，尺寸為：b=7.5cm，h=17cm，厚度為6.5cm，如圖一（A）所示。
五個月后觀察試樣發現兩個等腰三角形的對等面顯著地朝一個方向彎曲形成一個凸面和一個凹面。（如圖一，B）。
另外在凸彎曲上有很多小裂紋與彎曲軸平行，同時有一個與小裂紋垂直的長且寬的裂紋出現。
應當指出的是磚的中心和表層顏色不同，中心的顏色為灰色，表層的顏色為暗灰色。凹面的表層差不多為1厘米后，而凸面的表層超過3厘米厚。
在燒杯中用蒸餾水溶解10g表層粉末樣品試圖分離磚的水泥相。樣品經過多次洗滌過濾，把固體殘留物在室溫下干燥，獲得的沉淀物有一個較為明顯的層次分布 。
1. 沉在燒杯底部的厚層晶粒粗大，顏色為暗灰色。
2. 燒杯上部薄層晶粒就比較小，顏色呈灰色，是典型的干燥裂紋。
為了避免因機械研磨而引起的相轉換，而是通過人工慢慢研磨。采用西門子d500自動化x射線衍射儀對不同樣本的晶相進行分析。
結果和討論
X射線分析在下層的為：氫氧鎂石，F ，文石，氯甲酸鹽和少量的F 。在上層為：方鎂石，F ，氫氧鎂石和少量的氯甲酸鹽。
粗粒度的部分在沉積過程中最先沉淀下來，因此F 和氯甲酸鹽粒子尺寸最大，也表明碳化物能起兩相聚集粒子黏結作用。
表一中列出了在深灰和淺灰色的樣品中已確定的活性相。從表中我們可以看到氯甲酸鎂鹽急劇增加（數值達到789 c/s）。同時，F 濃度急劇下降（由557 c/s 下降到 127 c/s），毫無疑問是大氣中的二氧化碳與F 發生碳化反應伴隨著如下反應：3Mg(OH)2·MgCl2·5H2O + 2CO2 →Mg(OH)2·2MgCO3·MgC12·6H20 + H2O。
事實上，兩個初始的對稱斜面（圖1.A）彎曲表明在凸面上有較強的壓力出現，凸面上的碳化反應也很強烈，樣品深灰色區域厚度較高也證明了這一點。
碳化效應和結構重排會致使體積增加從而產生足夠大的壓力而引起裂紋。
文石和氯甲酸鹽在樣品的深灰色區域同時出現表明兩者碳化的過程是同時進行的。
煅燒充分的氧化鎂里面通常含有氧化鈣雜質。因為生石灰比氧化鈣更活潑，因此在反應過程中大量的水分就先與氧化鈣水化生成氫氧化鈣，其碳化產生文石，因此碳酸鈣的多形體就廣泛分布于深灰色聚集體中。盡管由氧化鈣生成文石會使得體積膨脹160%，但是氧化鈣的含量很少其引起的壓力破壞是可以忽略的。
熟石灰在沒有像氯化鎂這樣的抑制劑的情況下會產生方解石，很明顯，磚里富含氯化物所以沒有方解石產生。
已經有大量的工作對鎂離子抑制方解石的形成做了研究。本論文中就是對這一課題的相關報道。
氯甲酸鹽主要是由F 的碳化引起的。
F 的碳化是比較困難的，也就是F 比F 更穩定。另一方面，由于碳化產生的氫氧化鎂將起到保護F 的作用，其包圍于粒子的表面使之免受二氧化碳的侵蝕。
參考資料
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表一
兩個沉積層的x射線分析。T：主要成分，t：微量成分，c/s：Counts Per Second
|
|
堿性氯甲酸鹽 |
氫氧鎂石 |
F |
|
淺灰色 |
t |
T |
557 c/s |
|
深灰色 |
789 c/s |
t |
127 c/s |
