《无机材料合成与制备》 论文翻译

《无机材料合成与制备》论文翻译课程号：113990200
学期：2012-2013-1
年级：2010
英文题目：Compressive strength of fly ash
magnesium oxychloride cement containing
granite wastes
中文题目：含花岗岩废料的粉煤灰氯镁氧水泥的
抗压强度
文献来源：Construction and Building Materials 38 (2013) Pages 1–7 ，
英文总页数:7 页
中文总页数:9 页
序号：11号
作者：Ying Li, Chengyou，WU LinaZheng
Jing Wen ，Hongfa Yu，，Yongshan Tan 译者：X X
班级：材料XXXX班
学号：20100XXX
翻译日期：2012年10月14日——2012年10月24日参考工具软件或辞典、网页：金山词霸、有道词典装订顺序：封面/中文翻译/英文原文
含花岗岩废料的粉煤灰氯镁氧水泥的抗压强度
Ying Li,LinaZheng，Jing Wen ，Hongfa Yu，Chengyou，WU，Yongshan Tan，Tienhoa Nguyen
摘要：这篇文章介绍花岗岩废料粉煤灰镁氧氯水泥（GFMOC）试验研究的结果。

用23波美度和25波美度的盐水配置氧化镁质量的0%（参照物）到40%的不同GFMOC样品。

分别在第3天，第7天，第28天进行抗压测试。

水化产物和微观结构分别用XRD和SEM分析。

结果说明：GFMOC泥浆中花岗岩废料微粒的吸水性和充填作用分别有利于产生5 Mg(OH)2 MgCl2 8H2O (P5)和密集的微观结构。

P5 与 Mg(OH)2 (MH)的比值和微观结构式影响GFMOC的抗压强度的重要因素。

混合花岗岩废料作为骨料能增加粉煤灰氯镁氧水泥(FMOC)的抗压强度。

关键字：氯镁氧水泥、粉煤灰、花岗岩废料、抗压强度
1、简介
镁氧氯水泥是一种在发明波特兰水泥（硅酸盐水泥）后不久发展起来的一种风干型，以氧化镁为基础的胶结水泥材料。

镁氧氯水泥由于它比硅酸盐水泥具有更良好的性能而被广泛的应用于住宅和工业领域。

镁氧氯水泥具有的快速硬化和早强的特性，使得它成为快速修补工程的理想材料。

又由于它具有耐火，低热导率和很好的耐磨特性而被广泛的用于门框，梁，防火材料，隔热材料，地板瓷砖，尤其是打磨砂轮，除此以外镁氧氯水泥也适用于混合进一些有机和无机骨料使它能够固化城市废料和固定污水污泥。

另外镁氧氯水泥管理固体废料的能力促进废料的回收和减少它的消耗。

镁氧氯水泥是靠混合氧化镁和卤粉（片状氯化镁）制备。

镁氧氯水泥是MgO-MgCl2-H2O三元体系净水泥渣硬化后的副产物,然而它有很高的水溶性和严重的尺寸不稳定性。

添加各种添加剂并加入镁氧氯水泥净渣来增加抗水性和避免相关膨胀的问题是非常有必要的。

比如：少量的磷酸和磷酸盐添加物能极大地提高MOC的抗水性。

根据李等人，MOC中掺杂粉尘能提高它的可加工性、流动性，延缓凝固时间和提高抗水性，然而最终却减小了MOC混凝土的抗压强度。

加的粉尘越多，它的抗压强度就越低。

当MOC掺杂30%的氧化镁粉尘，则抗压强度减少35%，然而现在却不能解释为什么会有这样的想象。

在水化过程中加入具有化学和物理效应的各种添加剂能明显改善MOC的物理和化学性能，比如抗压强度，体积稳定性抗水性等。

因为花岗岩具有通用的性能所以有广泛的用途，如高耐用性和抗划伤、污渍、裂缝、泄漏、热、冷、和水分。

然而不幸的是在切割和打磨花岗岩产品会产生相当大量的固体废料。

在最近几十年，环境研究已经变成了全社会关注的焦点同时也在致力于研究花岗岩废料的重新利用。

许多以前的研究已经表明,花岗岩残留物在陶瓷工业方面比原材料更有潜能和在建筑材料方面比骨料更有价值。

例如红粘土瓦片掺杂花岗岩废料后能降低制品的吸水性而不会增加烧结温度和高温塑形变形。

根据Binici等人的研究：花岗岩残留物作为骨料应用到提高常规混凝土混合料的机械性能、可加工性、耐化学性。

花岗岩废料是有效的混凝土填料和卜作刚材料，由于能够通过改善密实度来改善混凝土的机械性能和化学耐腐蚀性。

然而据我们所知在MOC中掺杂花岗岩废料的作用没有被最近的文献报道。

考虑到所有上诉因素，这篇文章主要简要陈述氯镁氧水泥粉尘中掺杂花岗岩废料的调查研究。

详细的论述了盐水浓度、花岗岩废料的量和粒径的尺寸对花岗岩氯镁氧水泥粉尘的抗压强度、水化产物和微观结构的影响。

最终的目的是为了检验花岗岩废料作为骨料增强氯镁氧水泥粉末的抗压强度。

2、试验
2.1原材料
2.1.1轻烧镁
用于这个实验的轻烧镁是由海城镁水泥矿业有限公司制造。

采用质量百分比为60%的活性MgO在105‘C,101.3KPa条件下与水化合。

轻烧镁的化学组成由X 射线荧光光谱分析仪（XRF,爱可信，PW4400）测试结果表示在表1中，矿石组成由X射线衍射（XRD,帕纳科X’PRO,Pert）测试结果表示在图1。

这个轻烧镁氧混合剂包括镁、菱镁矿、少量石英和方解石。

由XRD鉴定的晶相与由XRF获得的结果一致。

表1
原材料的化学组成，由X射线荧光光谱仪测定（wt%）。

图1. 原材料的XRD图谱（Cu Ka放射性40kv/30mA，扫描速率0.02`/s）
2.1.2盐水
盐水是由水氯镁石溶解在自来水中制的。

98.4%纯度的水氯镁石由青海省嘉友镁业股份有限公司生产。

2.1.3粉煤灰
粉煤灰通常用于MOC中的骨料。

在这次实验中，把占轻烧镁重量比20%的粉煤灰加到GFMOC试样中以提高MOC 混凝土的可加工性和抗水性。

但在这篇文章中没有记录GFMOC的可加工性和抗水性。

粉煤灰的化学和矿物组成分别由XRF和XRD检测记录在表1和图1 中。

XRF的检测结果显示粉煤灰主要包含49.90%的SiO2，37.70%的Al2O3 和一定数量的Fe2O3, CaO, and MgO。

粉煤灰的矿物组成是莫来石和混有少量的赤铁矿和方解石的石英。

由XRF测出的化学组成与由XRD测出的矿物组成一致。

2.1.4花岗岩
从锯断块得到的花岗岩碎片和从抛光板坯得到的花岗岩污泥都是由福建省长泰县的林顿采石场提供。

原样的花岗岩污泥有40%的水分是晒干的。

干燥的花岗岩污泥的化学组成由XRF分析，矿物组成由XRD检测并分别表示在表1和图1中。

如表1所示，花岗岩污泥中SiO2和Al2O3分别占据很高的比例分别为57.58%和10.42%。

其他一些不可忽视的组分包括 3.42%的K2O，3.29%的Na2O和2.06%的Fe2O3。

如图1中所示，GS的主要由石英和含少量的微斜长石、云母、钙长石、方解石的钠长石组成。

被鉴定的晶相与用XRF观察的结果相匹配。

由激光散射分析仪(LSPA, 2000型分析仪）分析，标准水泥筛子筛选后的花岗岩废料的粒径尺寸符合中国国家标准GB/T 14684-2001.被标准筛筛过的花岗岩废料粒径为0.15, 0.30, 0.60, 1.18, 2.36和 4.50 毫米分别占重量比的30.84%, 10.98%, 16.44%, 12.28%, 12.62%, 和 16.12%。

花岗岩废料中粒径比0.15mm更小的由LSPA进一步分析。

分析后的结果显示这种粉末具有很大的比表面积为546 m2/Kg，粒径的平均尺寸为71um。

D10为5.4 um, D50为49.6 um,和 D90 为167.6 um。

同样用LSPA分析，GS粉末具有更高的比表面积为748 m2/ Kg，粒径的平均尺寸为28.4 um,D10 为 4.6 um, D50为20.5 um, D90为 53.5 um
2.2样品制备
以早先的研究为基础，活性MgO与MgCl2的摩尔比为一个常量7，在这次实验中盐溶液的浓度为23波美度（H2O/MgCl2的摩尔比为17.3，密度为1.19 g/mL，质量百分比为21.5%）和25波美度（H2O/ MgCl2的摩尔比为 17.3, 密度为 1.21 g/mL, 质量百分比为 23.4%）。

样品中GF或者GS的含量为轻烧镁重度比的10%, 20%, 30%和40%。

每一批样品的剂量的配比都记录在表2中。

C3和C5是控制样本。

在表2中，V/m中的V为盐溶液的体积（ml），m为轻烧镁的质量（g），计算公式如下：
1
2
2
1
w
n
M
w
M
M
V
ρ
=（1）V为盐溶液的体积，m为轻烧镁的质量，M1是MgCl2的相对分子质量，w2是活性MgO在轻烧镁中的含量。

M2是MgO的相对分子质量，n是MgO与MgCl2的比值，ƿ为盐溶液的密度，w1是MgCl2在盐溶液中的质量分数。

表2
GFMOC样品的配方
a 单位质量（g）轻烧镁中所含盐水的体积（ml）
b 占轻烧镁的重量比
先将轻烧镁，粉煤灰和花岗岩废料侧地混合均匀，然后把盐水添加到混合后的粉末。

接着混合几分钟制成GFMOC水泥。

表2 中的每一种指定的混合物制成尺寸为40 mm⨯40 mm ⨯160 mm的铸块试样注入不锈钢模具中在通过振动压实。

每一种混合物都用聚乙烯薄膜密封，将空气温度控制在23 ± 2 C，湿度控制在60 ± 5%。

24小时后产生的样本与模具分离，在室温下固化。

为了方便，以下的缩写词将被用来详细说明每种混合物的不同配方。

混合物溶液浓度为20 + x (x = 3 和5)波美度和10 y (y = 1, 2, 3和 4)% 的GF将被称为Fxy。

同样Sxy中的S表示GS作为一种骨料，例如：F31表示样品由23波美度的盐溶液和10%GF组成；S45表示样品由25波美度的盐溶
液和40%的GS组成。

2.3试样分析
2.3.1抗压强度分析
用最大载荷为300KN的混凝土压缩机测试单轴抗压强度。

在第三天，第七天和第二十八天的时候按照加载速率2400 N/s的中国国家标准GB/T17671-1999，来测量抗压强度。

重复六次取平均值作为最后实验结果。

2.3.2XRD 和SEM
糊状GFMOC的晶相经过28天的固化以后，用XRD 图谱来鉴定。

压碎样品来制备粉末样品，并通过筛孔为75m
μ的筛子来筛选。

用Topas3.0软件按照里德伯尔德法来定性分析。

用扫描电子显微镜检查有金色涂层的断裂面来表征经过28天固化处理的显微结构的GFMOC糊剂
3．结果
抗压强度是一种非常重要的指标，用来评估水泥材料在应用过程中的产品质量。

测量3天，7天和28天含不同百分比的花岗岩废料的GFMOC样品的抗压强度记录在图2中。

图中的虚线代表对照混合剂的抗压强度。

图2.抗压强度作为函数值，花岗岩废料所占百分比作为函数自变量。

（a）3天，（b）7天，（c）28天；
F5y：用25波美度盐水混合的GF
F3y：用23波美度盐水混合的GF
S5y：用25波美度盐水混合的GS
S3y: 用23波美度盐水混合的GS
Y=1,2,3和4
3.1盐水浓度的影响
图2中的实验结果显示，盐水浓度越高，GFMOC的抗压强度越强。

在GF量和固化时间相同时混合高浓度（25波美度，F5y系列）盐水的GFMOC的试样的抗压强度高于混合低浓度（23波美度，F3y系列）盐水的GFMOC 试样。

例如：在固化28天时F5y系列的样品的抗压强度比F3y系列样品增加GF比率从10%到40%分别高24.8%,24.1%, 16.9%, 和 16.0%。

S5y系列样品的抗压强度比S3y系列样品高。

固化处理3天和28天的S54系列样品的抗压强度分别比S34系列的高101.4%和103.2%。

然而这里有个例外，固化处理7天后的S54系列样品的抗压强度（81.8MPa）稍微低于S34系列样品的抗压强度（83.4MPa）
3.2花岗岩废料的量的影响
图2说明随着花岗岩废料的量从0%增加到40%，GFMOC样品的抗压强度出现了三种不同的改变：（1）先增加后减小（2）缓慢减少（3）不断增加。

从图2的状况来看，在固化处理过程中，随着GF含量从10%增加到40%，Fxy系列样品的抗压强度减弱。

在固化处理的第3天，第7天和第28天时含10%GF的F3y系列样品的抗压强度分别比参照样品高16.9%, 8.2%和8.2%。

然而对含GF40%的样品在测试周期中抗压强度却分别比参照样品低93.5%, 96.4%和 97.6%
在固化处理的第3天，第7天和第28天时含10%GF的F5y 系列样品的抗压强度分别比参照样品（C5）高6.4%, 14.4%和12.8%。

然而对含GF(F54)40%的样品在测试周期中抗压强度却分别比参照样品(C5)低28.4%, 8.2%和5.4%.这个结果与其他结果一致，即在混凝土中加入少量的花岗岩废料导致混凝土抗压强度增加，大量反而减少。

从图2看出，S5y系列样品的抗压强度低于C5参照样品，并随着GS的比例增加稍微减小。

在固化处理的第3天，第7天和第28天时含10%GS的S51系列样品的抗压强度分别比参照样品（C5）低5.1%, 3.1%和 0.5%，含40%GS的S54系列样品的抗压强度分别比参照样品低17.3%, 6.9%和4.2%。

图2所示，在固化处理的所有时间，随着GS含量的增加，S3y系列样品的抗压强度呈现上升趋势。

在固化处理的第3天，第7天和第28天时含10%GS的S31系列样品的抗压强度分别是参照样品（C3）的106.4%, 107.5%和 98.8%，含
40%GS的S34系列样品的抗压强度分别是参照样品的127.9%
129.8%和112.6%.。

3.3花岗岩废料尺寸的影响
图2也说明，花岗岩废料的粒径尺寸也会影响GFMOC
的抗压强度。

含波美度为23盐水的GFMOC样品中，当花岗
岩废料的量都是10%，GS样品的抗压强度低于GF（F31）
样品，固化处理3天，7天和28天时，当花岗岩废料的量
不少于30%时，GS样品的抗压强度高于GF样品。

在固化处理时，混有25波美度盐水的GFMOC样品的抗
压强度与23波美度的样品有相同的变化趋势。

含GS不超
过30%的S51，S52和S53系列样品的抗压强度低于含等量
GF的F51，F52和F53的系列样品。

当含花岗岩废料的量
为40%时，现象刚好相反。

总之，在固化处理时，含少
量GF的GFMOC样品的抗压强度高于含同量GS的GFMOC样
品，但是，含大量GF样品的抗压强度稍微低于含同量GS
的样品。

3.4 XRD 和SEM
用XRD测定固化处理28天的糊状GFMOC的晶相，结
果记录在图3中，由里特维德方法分析矿物组成成分
的量也记录在表3中。

图3也说明含30%GS的样品和参
照样品在固化处理28天后的主要成分有水合产物5
Mg(OH)2 MgCl2 8H2O，水镁石和较少量的菱镁矿，石英
和原材料剩余的氧化镁（原材料中的GS可能含有钠长
石）。

XRD检测出的结果不能够说明MOC中的GS产生了
新的水化产物。

表3中的结果还表明，该混合物用25波美度
盐水（C5和S53）产生更多的P5和更少的MH
比用23波美度盐水（C3和S33）。

然而，GS样品（S33
和S53）中P5和MH的比值高于那些对应的参照混合物，
这说明FMOC中混有GS时，产生P5就要抑制水化产物
MH的生成。

图3.固化处理28天后的GFMOC(S33和S53)和参照样品
（C3和C5）的XRD图谱
表3.28天时样品的晶相和数量(wt%)
R a:28天时样品的P5和MH的比值
图4.28天时参照样品和含30%GS的样品的SEM显微照片（a）C3,(b)C5,(c)S33,(d)S53
图4展示的是在28天时放大100倍的GFMOC的SEM 显微照片。

从图上看，用23波美度盐水的参照混合物有比用25波美度盐水的参照混合物更高的多孔微结构。

当把30%的GS加到用25波美度盐水的样品（S33，图4c）中,样品的微观结构比参照混合物（C3）更紧凑。

然而，用25波美度盐水的试样（S53，图4d），情况刚好相反。

较高的多孔微结构对GFMOC样品的强度不利。

4.讨论
当MOC中的MgO a与MgCl2 和 H2O与MgCl2的比值分别大于5和13时主要的反应产物是P5和MH。

前一个比值对MOC的强度有积极影响，但是后一个比值对MOC的强度有消极影响。

在MOC的泥浆中，用高浓度的盐水有利于P5的生成，而低浓度的盐水有利于MH的生成。

因此，用25波美度盐水的样品比用23波美度盐水的样品产生更多的P5和更少的MH。

同时，盐水的浓度越低MOC泥浆中含的自由水越多。

自由水导致MOC样品（图4a）内部形成内空
隙和毛细血管通道使其质量下降。

因此，经过相同的固化时间，F5y和S5y系列样品的抗压强度分别高于F3y和S3y系列的样品。

这个发现与其他文献上记载的一致。

约30.84％（重量）的细物料（小于150um）的GF 晶粒散布5.4um和4500um之间，并且有角的形状。

多功能的GF在很多方面都有良好的抗压强度。

首先大比表面积的细粒材料(546 m2/Kg)能吸收很多自由水使盐水浓度增加，这就使得GFMOC中F5和MH的比值比参照混合物（表3）高。

较细的颗粒（小于60um）在改变泥浆中的内部空隙和毛细管通道时发挥着非常重要的作用，因此减少了较大颗粒的数量。

这个结果被贴在表3中的SEM 显微照片c证明。

此外，细微颗粒填补了由大的花岗岩残余碎片构成的颗粒骨架之间的空隙，提高了凝胶体系的颗粒堆积密度，同时，也提高了材料强度。

GF晶粒的高棱角增加了颗粒与水泥浆之间结合力，增加GFMOC的强度这与角度的发现是一致的。

因此，含10%GF的样品产生比参照样品更高的强度。

在另一方面，花岗岩骨料数量的增加，会增加GFMOC 中GF的比例。

粗细骨料粒子需要更多的P5作为有效涂层，所以，大量的GF骨料会导致抗压强度的减弱。

因此随着GF量的增加，F4y和F5y系列样品的强度明显地减弱。

另外，因为在片段与水化产物之间有不牢固和大的接界面，当混合物中混有40%的GF样品产生比含40%的GS样品更低的抗压强度。

孔隙率是凝胶材料的抗压强度最主要的影响因素，高孔隙率会减弱水泥配料之间的粘结能力。

很明显，C3泥浆中的多余水增加了多孔微结构。

正如上面提到的，当具有更大比表面积的GS粒子被加入到用23波美度的盐水的泥浆，它们填补内空隙和毛细通道来增加大针孔的数量。

它们也会吸收自由水，增加P5和MH的比值。

填充和吸收是GS粒子所占百分比的性能，比如，加入GS粒子越多，它们发挥的作用就越明显，S3y系列GFMOC的抗压强度比参照混合物C3更高，固化处理时，GS含量增加，抗压强度就增加。

当GS的含量增加到50%，然而泥浆的流动性变得太差以致不能成型。

由于C5泥浆样品中的自由水变少，28天固化处理后
C5样品的微观结构比C3的更紧密。

然而，当GS粒子被加
到用25波美度盐水的泥浆，因为水分被细粒子吸收，泥
浆中的有效水分明显地减少。

当加入10-40% GS后，S5
系列泥浆的可加工性变得越差。

样品中GS含量的增加会
产生更多的微观结构。

增加的气孔导致S5y系列样品的抗
压强度减弱。

好的是，细晶粒吸收了泥浆中的水增
加盐水的浓度，致使产生更多的P5和更少的MH。

因此
表3中S53系列样品的P5和MH的比值比C5的更高。

这
些增加的P5能够在一定程度上抵消多孔的不利影响。

因
此S5y系列样品的抗压强度随着GS比列的增加稍微减
少。

另外，更进一步增加P5和MH的比值可能会变成影
响GFMOC抗压强度的主要因素，因此尽管S54样品（图
4，c和d）的微观结构具有更多的孔，但它的抗压强度
要高于S33样品（图2）。

GS有火山灰活性是基于它在主要化学成分中的
含量，例如表1中的SiO2, Al2O3和Fe2O3。

然而，GFMOC
中的GS在抗压检测和XRD测试中却没有火山灰性质。

这个现象可能的原因是MOC的碱性(pH < 9.0 ])不是
足够的强来激活火山灰反应。

5.结论
以下的结论是由在FMOC中掺入花岗岩废料得出：
花岗岩微粒具有很强的吸水性，所以GFMOC泥浆中
的盐水浓度增加，导致P5和MH的比值增加，抗压强度
增加
花岗岩中的微粒，对于填充泥浆中的大空隙和内
部空隙有着非常重要的作用，使之形成紧密的微观结
构，有利于增加抗压强度。

P5和MH的比值和微观结构都是影响GFMOC抗压强
度的重要因素。

水化产物牢固的组成和紧密的微观结
构使得GFMOC具有高抗压强度。

当GS用23波美度的盐水
混合时，GFMOC的抗压强度高于相应的FNOC。

换句话说，
当粉煤灰被混合进MOC，低浓度盐水的GS能够抵抗抗压
强度的减弱。

当混有少量GF（如10%）能够增加FMOC的
抗压强度。

然而，GS不适合混合高浓度的盐水（如25
波美度）来增加GFMOC的抗压强度，由于，GS微粒具有
较强的吸水性和在FMOC的泥浆中具有更少的自由水。

鸣谢
感谢中科院百万人才培养计划部分资金支持HFY
B0210)和青海省科技攻关项目技术认可，批准号.
008-G-158。

另外我们要感谢爱尔兰都伯林大学的
inmei Dong和Junfang Cui帮我们写了这篇文章，
中国南京东南大学的Weiwei Zhu尽心尽力的协助我
们用Topas3.0软件做XRD的定性分析。

我们还要感谢
三位匿名评审员给我们提出建设性的意见，帮助我
们明显地提高手稿的质量。

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