Цемент Сорель - Sorel cement
Цемент Сорель (также известный как магнезиальный цемент или оксихлорид магния ) - это негидравлический цемент, впервые произведенный французским химиком Станисласом Сорелем в 1867 году.
Фактически, в 1855 году, до работы с соединениями магния, Станислав Сорель впервые разработал двухкомпонентный цемент, смешав порошок оксида цинка с раствором хлорида цинка . За несколько минут он получил плотный материал тверже известняка.
Лишь десять лет спустя Сорель заменил цинк на магний в своей формуле, а также получил цемент с такими же благоприятными свойствами. Этот новый тип цемента был прочнее и эластичнее, чем портландцемент , и поэтому показал более эластичное поведение при ударах. Материал можно легко формовать как гипс, когда он только что приготовлен, или обрабатывать на токарном станке после схватывания и затвердевания. Он был очень твердым, его можно было легко связать с различными типами материалов (хорошие адгезионные свойства) и окрашивать пигментами . Поэтому его использовали для изготовления мозаики и имитации мрамора . После смешивания с хлопком измельченного в виде порошка, он был также использован в качестве суррогатного материала для слоновой кости для изготовления шариков бильярдных , стойких к ударам.
Цемент Сорель представляет собой смесь оксида магния (обожженной магнезии ) с хлоридом магния с приблизительной химической формулой Mg 4 Cl 2 (OH) 6 ( H 2 O ) 8 или MgCl 2 · 3Mg (OH) 2 · 8H 2 O, что соответствует с массовым соотношением 2,5–3,5 частей MgO на одну часть MgCl 2 .
Совершенно неожиданно, гораздо позже другой химик, Чарльз А. Соррелл (1977, 1980), чья фамилия звучит очень похоже на фамилию Станислава Сореля, также изучил эту тему и опубликовал работы по тому же семейству оксихлоридных соединений на основе цинка и магний , как это сделал Сорель около 100 лет назад. Оксихлорид цинка цемент получают из оксида цинка и хлорид цинка вместо соединений магния.
Состав и структура
Набор цемента состоит в основном из смеси оксихлоридов магния и гидроксида магния в различных пропорциях, в зависимости от состава исходного цемента, время схватывания, а также других переменных. Основными стабильными оксихлоридами при температуре окружающей среды являются так называемые «фаза 3» и «фаза 5», формулы которых можно записать как 3 Mg (OH)
2 · MgCl
2 · 8 H
2 O и 5 Mg (OH)
2 · MgCl
2 · 8 H
2 O соответственно; или, что то же самое, Mg
2 (ОЙ)
3 Cl · 4 H
2 O и Mg
3 (ОЙ)
5 Cl · 4 H
2 O .
Фаза 5 кристаллизуется в основном в виде длинных игл, которые фактически представляют собой свернутые листы. Эти взаимосвязанные иглы придают цементу прочность.
В долгосрочной перспективе оксихлориды поглощают и реагируют с диоксидом углерода CO.
2 из воздуха с образованием хлоркарбонатов магния .
История
Эти составы являются основными компонентами созревшего цемента Сорель, впервые приготовленного в 1867 году Станисласом Сорелем .
В конце 19 века было предпринято несколько попыток определить состав затвердевшего цемента Сореля, но результаты не были окончательными. Фаза 3 была должным образом выделена и описана Робинсоном и Ваггаманом (1909), а фаза 5 была идентифицирована Люкенсом (1932).
Характеристики
Цемент Sorel может выдерживать сжимающую силу 10 000–12 000 фунтов на квадратный дюйм (69–83 МПа), тогда как стандартный портландцемент обычно выдерживает только 7 000–8 000 фунтов на квадратный дюйм (48–55 МПа). Он также обеспечивает высокую прочность за более короткое время.
Цемент Sorel обладает замечательной способностью связываться с другими материалами и удерживать их. Он также демонстрирует некоторую эластичность - интересное свойство, увеличивающее его способность противостоять ударам (лучшая механическая устойчивость ), что особенно полезно для бильярдных шаров .
Пористый раствор влажного цемента Sorel является слабощелочным ( pH 8,5–9,5), но значительно менее щелочным, чем раствор портландцемента (сверхщелочные условия: pH 12,5–13,5).
Другие различия между цементами на основе магния и портландцементом включают водопроницаемость, сохранение веществ растений и животных и коррозию металлов. Эти различия делают подходящими различные строительные конструкции.
Продолжительное воздействие воды на цемент Sorel приводит к вымыванию растворимого MgCl.
2 , оставляя гидратированный брусит Mg (OH)
2 как связывающая фаза, которая без поглощения CO
2 , может привести к потере прочности.
Наполнители и арматура
При использовании цемент Sorel обычно сочетается с такими наполнителями, как гравий, песок, мраморная мука, асбест, древесные частицы и вспученные глины.
Цемент Sorel несовместим со стальной арматурой, поскольку присутствие ионов хлора в поровом растворе и низкая щелочность (pH <9) цемента способствуют коррозии стали ( точечной коррозии ). Однако низкая щелочность делает его более совместимым со стекловолокном . Он также лучше портландцемента в качестве связующего для древесных композитов , поскольку его схватывание не замедляется лигнином и другими химическими веществами для древесины.
Водостойкость цемента можно улучшить с помощью таких добавок, как фосфорная кислота , растворимые фосфаты , летучая зола или диоксид кремния .
Использует
Цемент на основе оксихлорида магния используется для изготовления напольной плитки и промышленных полов , противопожарной защиты , стеновых изоляционных панелей и в качестве связующего для шлифовальных кругов . Из-за своего сходства с мрамором он также используется для изготовления искусственных камней , искусственной слоновой кости (например, для бильярдных шаров ) и других подобных целей.
Сорель цемент также изучается в качестве кандидата материалов для химических буферов и инженерно - технических барьеров (дрейф уплотнения из соленого бетона ) для глубоких геологических хранилищ в высокоактивных ядерных отходов в соляных горных пород ( по изоляции отходов опытно - экспериментальный завод (Wipp) в Нью - Мексико , США; соляная шахта Ассе II , Горлебен и Морслебен в Германии). Фаза 5 оксихлорида магния может быть полезным дополнением или заменой для MgO ( периклаза ), который в настоящее время используется в качестве CO.
2 геттер в камерах удаление WIPP , чтобы ограничить растворимость в младших актинидах карбонатных комплексов, при установлении умеренно щелочные условий (рН 8,5-9,5) до сих пор , совместимых с невозмущенными геохимическими условиями изначально преобладающими на месте в солевых образованиях. Гораздо более растворимые оксид и гидроксид кальция ( портландит ) не разрешены к использованию в WIPP (Нью-Мексико), потому что они создают слишком высокий pH (12,5). Как Mg 2+
- второй по распространенности катион в морской воде после Na +
, и что соединения магния менее растворимы, чем соединения кальция, буферные материалы на основе магния и цемент Сорель считаются более подходящими материалами обратной засыпки для захоронения радиоактивных отходов в глубоких солевых образованиях, чем обычные цементы на основе кальция ( портландцемент и их производные). Более того, поскольку гидроксихлорид магния также является возможным буфером pH в морских эвапоритовых рассолах , ожидается, что цемент Сорель будет меньше нарушать исходные условия на месте, преобладающие в глубоких соляных образованиях.
Подготовка
Цемент Sorel обычно получают путем смешивания мелкоизмельченного порошка MgO с концентрированным раствором MgCl.
2 .
Теоретически ингредиенты должны быть объединены в молярных пропорциях фазы 5, которая имеет наилучшие механические свойства. Однако химические реакции, в результате которых образуются оксихлориды, могут не протекать до конца, оставляя непрореагировавшие частицы MgO и / или MgCl.
2 в поровом растворе. Хотя первые действуют как инертный наполнитель, остатки хлорида нежелательны, поскольку они вызывают коррозию стали при контакте с цементом. Для достижения приемлемой консистенции также может потребоваться избыток воды. Поэтому на практике пропорции оксида магния и воды в исходной смеси выше, чем в чистой фазе 5. В одном исследовании лучшие механические свойства были получены при молярном соотношении MgO : MgCl.
2 13: 1 (вместо стехиометрии 5: 1).
Производство
Периклаз (MgO) и магнезит ( MgCO
3 ) не являются обильным сырьем, поэтому их производство в цемент Sorel является дорогостоящим и ограничивается специализированными нишевыми приложениями, требующими скромных количеств материалов. Китай является доминирующим поставщиком сырья для производства оксида магния и его производных. « Зеленые цементы » на основе магния, полученные из более распространенного доломита ( (Ca, Mg) (CO
3 )
2 ) отложения ( долостон ), но также содержащие 50 мас. % карбоната кальция , не следует путать с оригинальным цементом Sorel, так как он не содержит оксида кальция . Действительно, цемент Sorel представляет собой чистый оксихлорид магния .