El cemento Sorel (también conocido como cemento de magnesia u oxicloruro de magnesio ) es un cemento no hidráulico producido por primera vez por el químico francés Stanislas Sorel en 1867. [1]
De hecho, en 1855, antes de trabajar con compuestos de magnesio, Stanislas Sorel desarrolló por primera vez un cemento de dos componentes mezclando polvo de óxido de zinc con una solución de cloruro de zinc . [2] [3] En pocos minutos obtuvo un material denso más duro que la piedra caliza.
Solo una década después, Sorel reemplazó el zinc con magnesio en su fórmula y también obtuvo un cemento con propiedades favorables similares. Este nuevo tipo de cemento era más fuerte y más elástico que el cemento Portland y, por lo tanto, exhibía un comportamiento más resistente al ser sometido a choques. El material se puede moldear fácilmente como yeso cuando está recién preparado, o mecanizar en un torno después de fraguar y endurecer. Era muy duro, se podía unir fácilmente a muchos tipos diferentes de materiales (buenas propiedades adhesivas ) y colorear con pigmentos . Por lo tanto, se utilizó para hacermosaicos y para imitar el mármol . Después de mezclarlo con algodón triturado en polvo, también se usó como material sustituto del marfil para fabricar bolas de billar resistentes a los golpes. [4]
El cemento Sorel es una mezcla de óxido de magnesio ( magnesia quemada ) con cloruro de magnesio con la fórmula química aproximada Mg 4 Cl 2 (OH) 6 ( H 2 O ) 8 , o MgCl 2 · 3Mg (OH) 2 · 8H 2 O, correspondiente a una relación en peso de 2,5 a 3,5 partes de MgO por una parte de MgCl 2 . [5]
Sorprendentemente, mucho más recientemente, otro químico, Charles A. Sorrell (1977, 1980), cuyo apellido suena bastante similar al de Stanislas Sorel, también estudió el tema y publicó trabajos sobre la misma familia de compuestos de oxicloruro a base de zinc y magnesio , tal como lo había hecho Sorel unos 100 años antes. El cemento de oxicloruro de zinc se prepara a partir de óxido de zinc y cloruro de zinc en lugar de compuestos de magnesio. [6] [7]
Composición y estructura
El cemento fraguado consiste principalmente en una mezcla de oxicloruros de magnesio e hidróxido de magnesio en proporciones variables, dependiendo de la formulación inicial del cemento, el tiempo de fraguado y otras variables. Los principales oxicloruros estables a temperatura ambiente son las denominadas "fase 3" y "fase 5", cuyas fórmulas se pueden escribir como 3 Mg (OH)
2· MgCl
2· 8 H
2O y 5 Mg (OH)
2· MgCl
2· 8 H
2O , respectivamente; o, de forma equivalente, Mg
2(OH)
3Cl · 4 H
2O y Mg
3(OH)
5Cl · 4 H
2O . [8]
La fase 5 cristaliza principalmente como agujas largas que en realidad son hojas enrolladas. Estas agujas entrelazadas le dan al cemento su resistencia. [9]
A largo plazo, los oxicloruros absorben y reaccionan con dióxido de carbono CO
2del aire para formar clorocarbonatos de magnesio . [10]
Historia
Estos compuestos son los componentes principales del cemento Sorel madurado, preparado por primera vez en 1867 por Stanislas Sorel . [1]
A finales del siglo XIX, se hicieron varios intentos para determinar la composición del cemento endurecido de Sorel, pero los resultados no fueron concluyentes. [11] [12] [13] [14] La fase 3 fue adecuadamente aislada y descrita por Robinson y Waggaman (1909), [11] y la fase 5 fue identificada por Lukens (1932). [15]
Propiedades
El cemento Sorel puede soportar 10,000 a 12,000 psi (69–83 MPa) de fuerza de compresión, mientras que el cemento Portland estándar típicamente solo puede soportar 7,000–8,000 psi (48–55 MPa). También logra una alta resistencia en un tiempo más corto. [dieciséis]
El cemento Sorel tiene una notable capacidad para adherirse y contener otros materiales. También exhibe cierta elasticidad , una propiedad interesante que aumenta su capacidad para resistir golpes (mejor resiliencia mecánica ), particularmente útil para bolas de billar .
La solución de los poros en el cemento Sorel húmedo es ligeramente alcalina ( pH 8,5 a 9,5), pero significativamente menos que la del cemento Portland (condiciones hiperalcalinas: pH 12,5 a 13,5). [17]
Otras diferencias entre los cementos a base de magnesio y el cemento Portland incluyen la permeabilidad al agua, la conservación de sustancias vegetales y animales y la corrosión de los metales. [18] Estas diferencias hacen que las diferentes aplicaciones de construcción sean adecuadas. [19]
La exposición prolongada del cemento Sorel al agua filtra el MgCl soluble
2, dejando brucita hidratada Mg (OH)
2como la fase de unión, que sin absorción de CO
2, puede resultar en pérdida de fuerza. [17]
Rellenos y refuerzo
En uso, el cemento Sorel generalmente se combina con materiales de relleno como grava, arena, harina de mármol, asbesto, partículas de madera y arcillas expandidas. [20]
El cemento Sorel es incompatible con el refuerzo de acero porque la presencia de iones cloruro en la solución de los poros y la baja alcalinidad (pH <9) del cemento promueven la corrosión del acero ( corrosión por picaduras ). [17] Sin embargo, la baja alcalinidad lo hace más compatible con el refuerzo de fibra de vidrio . [20] También es mejor que el cemento Portland como aglutinante para compuestos de madera , ya que su fraguado no se retarda por la lignina y otros productos químicos de la madera. [20]
La resistencia del cemento al agua se puede mejorar con el uso de aditivos como ácido fosfórico , fosfatos solubles , cenizas volantes o sílice . [17]
Usos
El cemento de oxicloruro de magnesio se utiliza para fabricar baldosas y pavimentos industriales , en protección contra incendios , paneles aislantes de paredes y como aglutinante para muelas abrasivas . [20] Debido a su parecido con el mármol , también se utiliza para piedras artificiales , [20] marfil artificial (por ejemplo, para bolas de billar ) y otros fines similares.
El cemento Sorel también se estudia como un material candidato para amortiguadores químicos y barreras de ingeniería (sellos de deriva hechos de hormigón salado ) para depósitos geológicos profundos de desechos nucleares de alto nivel en formaciones de rocas salinas ( Planta piloto de aislamiento de desechos (WIPP) en Nuevo México , EE.UU .; mina de sal Asse II , Gorleben y Morsleben en Alemania). [21] [22] [23] La fase 5 del oxicloruro de magnesio podría ser un complemento o reemplazo útil del MgO ( periclasa ) que se usa actualmente como CO
2getter en las cámaras de eliminación de WIPP para limitar la solubilidad de los complejos de carbonato de actínidos menores , mientras se establecen condiciones moderadamente alcalinas (pH: 8.5–9.5) aún compatibles con las condiciones geoquímicas inalteradas que prevalecen inicialmente in situ en las formaciones salinas. El óxido e hidróxido de calcio ( portlandita ), mucho más solubles, no están autorizados en WIPP (Nuevo México) porque impondrían un pH demasiado alto (12,5). Como Mg2+
es el segundo catión más abundante presente en el agua de mar después del Na+
, y que los compuestos de magnesio son menos solubles que los del calcio, los materiales amortiguadores a base de magnesio y el cemento Sorel se consideran materiales de relleno más apropiados para la eliminación de desechos radiactivos en formaciones salinas profundas que los cementos comunes a base de calcio ( cemento Portland y sus derivados). Además, como el hidroxicloruro de magnesio también es un posible tampón de pH en las salmueras de evaporita marina , se espera que el cemento Sorel altere menos las condiciones iniciales in situ que prevalecen en las formaciones de sales profundas. [24]
Preparación
El cemento Sorel generalmente se prepara mezclando polvo de MgO finamente dividido con una solución concentrada de MgCl.
2. [17]
En teoría, los ingredientes deberían combinarse en las proporciones molares de la fase 5, que tiene las mejores propiedades mecánicas. Sin embargo, las reacciones químicas que crean los oxicloruros pueden no completarse, dejando partículas de MgO y / o MgCl sin reaccionar.
2en solución de poros. Mientras que el primero actúa como un relleno inerte, el cloruro sobrante es indeseable ya que promueve la corrosión del acero en contacto con el cemento. También puede ser necesario un exceso de agua para lograr una consistencia viable. Por lo tanto, en la práctica, las proporciones de óxido de magnesio y agua en la mezcla inicial son más altas que las de la fase pura 5. [20] En un estudio, las mejores propiedades mecánicas se obtuvieron con una relación molar MgO : MgCl
2de 13: 1 (en lugar de la estequiometría 5: 1). [20]
Producción
Periclasa (MgO) y magnesita ( MgCO
3) no son materias primas abundantes, por lo que su fabricación en cemento Sorel es costosa y se limita a aplicaciones de nicho especializadas que requieren cantidades modestas de materiales. China es el principal proveedor de materias primas para la producción de óxido de magnesio y derivados. [ cita requerida ] " Cementos verdes " a base de magnesio derivados de la dolomita más abundante ( (Ca, Mg) (CO
3)
2) depósitos ( dolostone ), pero también contienen 50 wt. % de carbonato de calcio , no deben confundirse con el cemento Sorel original, ya que este último no contiene óxido de calcio . De hecho, el cemento Sorel es un oxicloruro de magnesio puro .
Ver también
- Carpeta (material)
- Oxicloruro de magnesio
- Sal de Friedel
- Hormigón salino
- Periclasa (MgO)
Referencias
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