活性氧化镁和氯氧镁水泥对泥灰土力学性能的强化机制及环境友好型稳定化研究

为解决传统波特兰水泥(OPC)高碳排放及泥灰土(Marl Soil)力学性能不足的问题，研究人员创新性地采用活性氧化镁水泥(RMC)和氯氧镁水泥(MOC)开展土壤稳定化研究。结果表明，MOC处理组(MOC10)14天无侧限抗压强度(UCS)达4618 kPa，较对照组提升303%，且RMC组(M5)弹性模量(E50)达227.9 MPa。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)证实了水化产物Phase 5和brucite的生成。该研究为可持续岩土工程提供了低碳解决方案。

　　

泥灰土作为一种富含碳酸钙的沉积土壤，在基建工程中常因高压缩性、低剪切强度和遇水体积变化等问题需预处理。传统波特兰水泥(OPC)虽广泛用于土壤稳定，但其生产过程中高达1450°C的煅烧温度导致大量CO₂排放，与全球减碳目标背道而驰。尤其在沙特阿拉伯东部地区，泥灰土作为常用填料，其强度不足易引发路基沉降和路面开裂，亟需开发环保高效的替代稳定剂。

针对这一挑战，国外研究团队在《Results in Engineering》发表论文，首次系统评估了活性氧化镁水泥(Reactive Magnesia Cement, RMC)和氯氧镁水泥(Magnesium Oxychloride Cement, MOC)对泥灰土的稳定效果。研究通过标准击实试验确定最佳含水率(OMC)和最大干密度(MDD)，采用不同掺量(2.5%-10%)的RMC和MOC处理土壤，对比分析了3/7/14天养护期的无侧限抗压强度(UCS)、弹性模量(E₅₀)和破坏应变。结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)揭示了微观机制。

关键实验方法
研究采集沙特达曼(26°18′44.2"N)的泥灰土样本，按ASTM标准进行颗粒分析和阿太堡限度测试。通过标准普罗克特试验确定OMC和MDD后，制备直径50mm、高100mm的圆柱试样。UCS测试按ASTM D2166执行，E₅₀取50%峰值应力处的割线模量。XRD采用Cu-Kα辐射分析晶相，SEM观察微观形貌。

力学性能提升
3.2.1节显示RMC处理组中，M5(5%掺量)14天UCS达2747 kPa，较未处理土(1152 kPa)提升138%。而3.2.2节中MOC10表现更优，14天强度达4618 kPa，较OPC基准组(CEM7.5)提高136%。值得注意的是，MOC7.5仅3天即达1309 kPa，展现快速硬化特性。

刚度与延性平衡
3.2.4节表明MOC10的E₅₀达352 MPa，是未处理土(44 MPa)的8倍。但3.2.5节揭示RMC高掺量会降低韧性，如M10韧性仅11.6 kPa，而MOC10则达53.4 kPa，归因于Phase 5针状晶体的桥接作用。

微观机制解析
XRD(3.3节)在RMC组检测到brucite(Mg(OH)₂)和dolomite(CaMg(CO₃)₂)，MOC组则发现特征相Phase 5(5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O)。SEM(3.4节)显示MOC10中Phase 5形成致密网状结构，而RMC组呈现brucite片状堆积，解释了强度差异。

环境与经济性
5节指出MOC虽单价最高(280-350美元/吨)，但其早期强度可缩短工期；RMC(180-250美元/吨)的CO₂排放仅OPC的1/3。6节测算显示，RMC5处理每方土排放25.5 kg CO₂，显著低于OPC7.5的114.75 kg。

该研究证实镁基胶凝材料可有效替代OPC，其中MOC适用于快速施工场景，RMC更适合可持续基建。未来需进一步研究长期水稳性和碳化深度，以推动其在路基、堤坝等工程的应用。成果为《巴黎协定》框架下的建材革新提供了重要技术路径。