Cimento Sorel - Sorel cement
O cimento Sorel (também conhecido como cimento de magnésia ou oxicloreto de magnésio ) é um cimento não hidráulico produzido pela primeira vez pelo químico francês Stanislas Sorel em 1867.
Na verdade, em 1855, antes de trabalhar com compostos de magnésio, Stanislas Sorel desenvolveu um cimento de dois componentes misturando pó de óxido de zinco com uma solução de cloreto de zinco . Em poucos minutos, ele obteve um material denso, mais duro que o calcário.
Apenas uma década depois, Sorel substituiu o zinco pelo magnésio em sua fórmula e também obteve um cimento com propriedades favoráveis semelhantes. Este novo tipo de cimento foi mais resistente e elástico que o cimento Portland e, portanto, apresentou um comportamento mais resiliente quando submetido a choques. O material pode ser facilmente moldado como gesso quando recém-preparado, ou usinado em um torno depois de endurecido e endurecido. Era muito duro, podia ser facilmente ligado a muitos tipos diferentes de materiais (boas propriedades adesivas ) e colorido com pigmentos . Portanto, era usado para fazer mosaicos e imitar o mármore . Depois de misturado ao algodão triturado em pó, também foi usado como substituto do marfim para fabricar bolas de bilhar resistentes ao choque.
O cimento Sorel é uma mistura de óxido de magnésio ( magnésia queimada ) com cloreto de magnésio com a fórmula química aproximada Mg 4 Cl 2 (OH) 6 ( H 2 O ) 8 ou MgCl 2 · 3Mg (OH) 2 · 8H 2 O, correspondente para uma razão em peso de 2,5–3,5 partes de MgO para uma parte de MgCl 2 .
Surpreendentemente, muito mais recentemente, outro químico, Charles A. Sorrell (1977, 1980) - cujo sobrenome soa bastante semelhante ao de Stanislas Sorel - também estudou o assunto e publicou trabalhos sobre a mesma família de compostos de oxicloreto baseados em zinco e magnésio , assim como Sorel havia feito cerca de 100 anos antes. O cimento de oxicloreto de zinco é preparado a partir de óxido de zinco e cloreto de zinco em vez de compostos de magnésio.
Composição e estrutura
O cimento curado consiste principalmente de uma mistura de oxicloreto de magnésio e hidróxido de magnésio em proporções variadas, dependendo da formulação inicial do cimento, tempo de cura e outras variáveis. Os principais oxicloretos estáveis à temperatura ambiente são os chamados "fase 3" e "fase 5", cujas fórmulas podem ser escritas como 3 Mg (OH)
2 · MgCl
2 · 8 H
2 O e 5 Mg (OH)
2 · MgCl
2 · 8 H
2 O , respectivamente; ou, equivalentemente, Mg
2 (OH)
3 Cl · 4 H
2 O e Mg
3 (OH)
5 Cl · 4 H
2 O .
A fase 5 cristaliza principalmente como agulhas longas que são, na verdade, folhas enroladas. Essas agulhas entrelaçadas dão ao cimento sua resistência.
A longo prazo, os oxicloretos absorvem e reagem com o dióxido de carbono CO
2 do ar para formar clorocarbonatos de magnésio .
História
Esses compostos são os componentes principais do cimento Sorel maturado, preparado pela primeira vez em 1867 por Stanislas Sorel .
No final do século 19, várias tentativas foram feitas para determinar a composição do cimento endurecido de Sorel, mas os resultados não foram conclusivos. A fase 3 foi devidamente isolada e descrita por Robinson e Waggaman (1909), e a fase 5 foi identificada por Lukens (1932).
Propriedades
O cimento Sorel pode suportar 10.000-12.000 psi (69-83 MPa) de força compressiva, enquanto o cimento Portland padrão pode suportar, normalmente, apenas 7.000-8.000 psi (48-55 MPa). Ele também atinge alta resistência em menos tempo.
O cimento Sorel tem uma capacidade notável de se ligar e conter outros materiais. Apresenta também alguma elasticidade , uma propriedade interessante que aumenta a sua capacidade de resistir a choques (melhor resiliência mecânica ), particularmente útil para bolas de bilhar .
A solução de poro no cimento Sorel úmido é ligeiramente alcalina ( pH 8,5 a 9,5), mas significativamente menos do que a do cimento Portland (condições hiperalcalinas: pH 12,5 a 13,5).
Outras diferenças entre cimentos à base de magnésio e cimento Portland incluem permeabilidade à água, preservação de substâncias vegetais e animais e corrosão de metais. Essas diferenças tornam adequadas diferentes aplicações de construção.
A exposição prolongada do cimento Sorel à água lixivia o MgCl solúvel
2 , deixando a brucita hidratada Mg (OH)
2 como a fase de ligação, que sem absorção de CO
2 , pode resultar em perda de força.
Enchimentos e reforço
Em uso, o cimento Sorel é geralmente combinado com materiais de enchimento, como cascalho, areia, farinha de mármore, amianto, partículas de madeira e argila expandida.
O cimento Sorel é incompatível com o reforço de aço porque a presença de íons cloreto na solução dos poros e a baixa alcalinidade (pH <9) do cimento promovem a corrosão do aço ( corrosão por pite ). No entanto, a baixa alcalinidade o torna mais compatível com o reforço de fibra de vidro . Também é melhor do que o cimento Portland como aglutinante para compostos de madeira , uma vez que sua pega não é retardada pela lignina e outros produtos químicos da madeira.
A resistência do cimento à água pode ser melhorada com o uso de aditivos como ácido fosfórico , fosfatos solúveis , cinzas volantes ou sílica .
Usos
O cimento de oxicloreto de magnésio é usado na fabricação de ladrilhos e pisos industriais , na proteção contra incêndio , em painéis de isolamento de parede e como aglutinante para rebolos . Devido à sua semelhança com o mármore , também é usado para pedras artificiais, marfim artificial (por exemplo, para bolas de bilhar ) e outros fins semelhantes.
O cimento Sorel também é estudado como um material candidato para amortecedores químicos e barreiras projetadas (selos de deriva feitos de concreto salino ) para depósitos geológicos profundos de resíduos nucleares de alto nível em formações rochosas de sal ( Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) no Novo México , EUA; mina de sal Asse II , Gorleben e Morsleben na Alemanha). A fase 5 do oxicloreto de magnésio pode ser um complemento útil, ou substituição, para o MgO ( periclase ) atualmente usado como um CO
2 getter nas câmaras de disposição WIPP para limitar a solubilidade de complexos de carbonato de actinídeos menores , enquanto estabelece condições moderadamente alcalinas (pH: 8,5-9,5) ainda compatíveis com as condições geoquímicas não perturbadas inicialmente prevalecentes in situ nas formações de sal. O óxido e hidróxido de cálcio muito mais solúvel ( portlandita ) não são autorizados em WIPP (Novo México) porque imporiam um pH muito alto (12,5). Como Mg 2+
é o segundo cátion mais abundante presente na água do mar depois do Na +
, e que os compostos de magnésio são menos solúveis do que estes de cálcio, materiais tampão à base de magnésio e cimento Sorel são considerados materiais de backfil mais apropriados para descarte de resíduos radioativos em formações de sal profundas do que cimentos comuns à base de cálcio ( cimento Portland e seus derivados). Além disso, como o hidroxicloreto de magnésio também é um possível tampão de pH em salmouras de evaporita marinha , espera-se que o cimento Sorel perturbe menos as condições iniciais in situ prevalecentes em formações de sais profundas.
Preparação
O cimento Sorel é geralmente preparado pela mistura de pó de MgO finamente dividido com uma solução concentrada de MgCl
2 .
Em teoria, os ingredientes deveriam ser combinados nas proporções molares da fase 5, que possui as melhores propriedades mecânicas. No entanto, as reações químicas que criam os oxicloretos podem não ser concluídas, deixando as partículas de MgO e / ou MgCl que não reagiram
2 em solução de poro. Enquanto o primeiro atua como um enchimento inerte, o cloreto residual é indesejável, pois promove a corrosão do aço em contato com o cimento. O excesso de água também pode ser necessário para atingir uma consistência funcional. Portanto, na prática, as proporções de óxido de magnésio e água na mistura inicial são maiores do que na fase pura 5. Em um estudo, as melhores propriedades mecânicas foram obtidas com uma razão molar MgO : MgCl
2 de 13: 1 (em vez da estequiometria 5: 1).
Produção
Periclase (MgO) e magnesita ( MgCO
3 ) não são matérias-primas abundantes, portanto, sua fabricação em cimento Sorel é cara e limitada a aplicações de nichos especializados que requerem quantidades modestas de materiais. A China é o principal fornecedor de matérias-primas para a produção de óxido de magnésio e derivados. " Cimentos verdes " à base de magnésio derivados da dolomita mais abundante ( (Ca, Mg) (CO
3 )
2 ) depósitos ( dolostona ), mas também contendo 50% em peso % carbonato de cálcio , não deve ser confundido com o cimento Sorel original, pois este posteriormente não contém óxido de cálcio . Na verdade, o cimento Sorel é um oxicloreto de magnésio puro .