أسمنت سوريل

أسمنت سوريل (المعروف أيضًا باسم أسمنت المغنيسيا أو أوكسي كلوريد المغنيسيوم ) هو أسمنت غير هيدروليكي تم إنتاجه لأول مرة بواسطة الكيميائي الفرنسي ستانيسلاس سوريل في عام 1867. ^{[ 1 ]}

في الواقع، في عام 1855، وقبل العمل بمركبات المغنيسيوم، قام ستانيسلاس سوريل بتطوير إسمنت ثنائي المكونات عن طريق خلط مسحوق أكسيد الزنك مع محلول كلوريد الزنك . ^{[ 2 ] [ 3 ]} وفي غضون دقائق قليلة حصل على مادة كثيفة أصلب من الحجر الجيري.

بعد عقدٍ واحدٍ فقط، استبدل سوريل الزنك بالمغنيسيوم في تركيبته ، وحصل على إسمنتٍ بخصائص مماثلة. كان هذا النوع الجديد من الإسمنت أقوى وأكثر مرونةً من إسمنت بورتلاند ، وبالتالي أظهر مقاومةً أكبر للصدمات . يمكن تشكيل المادة بسهولة كالجص عند تحضيرها حديثًا، أو تشكيلها على المخرطة بعد التصلب. كانت شديدة الصلابة، ويمكن ربطها بسهولة بأنواعٍ عديدةٍ من المواد ( خصائص لاصقة جيدة )، وتلوينها بالأصباغ . لذلك، استُخدمت في صناعة الفسيفساء وتقليد الرخام . بعد خلطها بالقطن المطحون، استُخدمت أيضًا كبديلٍ للعاج في صناعة ^كرات البلياردو المقاومة للصدمات. [ ^{4 ]}

_إن أسمنت سوريل عبارة عن خليط من أكسيد المغنيسيوم ( المغنيسيا المحروقة ) مع كلوريد المغنيسيوم بصيغة كيميائية تقريبية Mg4Cl2 (OH) 6(H2O) ₈ ، أو MgCl2 _· 3Mg ₍ OH) ₂ ·8H2O _، وهو ما يتوافق مع نسبة وزن تتراوح بين 2.5 و3.5 جزء من MgO إلى جزء _{واحد من MgCl2} . ^{[ 5 ]}

درس تشارلز أ. سوريل هذا الموضوع أيضاً، ونشر أعمالاً حول نفس عائلة مركبات الأوكسي كلوريد القائمة على الزنك والمغنيسيوم في عامي 1977 و1980. ويُحضّر أسمنت أوكسي كلوريد الزنك من أكسيد الزنك وكلوريد الزنك بدلاً من مركبات المغنيسيوم. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

يتكون الأسمنت المتصلب بشكل رئيسي من خليط من أوكسي كلوريدات المغنيسيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم بنسب متفاوتة، وذلك تبعًا لتركيبة الأسمنت الأولية، ووقت التصلب، ومتغيرات أخرى. أما أوكسي كلوريدات المغنيسيوم المستقرة الرئيسية عند درجة حرارة الغرفة فهي ما يُعرف بـ "الطور 3" و"الطور 5"، ويمكن كتابة صيغتها الكيميائية على النحو التالي: 3Mg (OH)₂ ·MgCl₂ ·8ساعة₂ O و 5Mg(OH)₂ ·MgCl₂ ·8ساعة₂ Oعلى التوالي؛ أو، بشكل مكافئ،Mg₂ (OH)₃ Cl·4H₂ OوMg₃ (OH)₅ Cl·4H₂ O. ^{[ 8 ]}

تتبلور المرحلة الخامسة بشكل رئيسي على هيئة إبر طويلة هي في الواقع عبارة عن صفائح ملفوفة. وتمنح هذه الإبر المتشابكة الأسمنت قوته. ^{[ 9 ]}

على المدى الطويل، تمتص الأوكسيكلوريدات ثاني أكسيد الكربون وتتفاعل معه (CO2).₂ من الهواء لتكوينكلوروكربونات المغنيسيوم. ^{[ 10 ]}

تُعد هذه المركبات المكونات الأساسية لأسمنت سوريل الناضج، والذي تم تحضيره لأول مرة في عام 1867 بواسطة ستانيسلاس سوريل . ^{[ 1 ]}

في أواخر القرن التاسع عشر، بُذلت عدة محاولات لتحديد تركيبة إسمنت سوريل المتصلب، لكن النتائج لم تكن حاسمة. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} وقد تم عزل المرحلة الثالثة ووصفها بدقة من قِبل روبنسون وواغمان (1909)، ^{[ 11 ]} وتم تحديد المرحلة الخامسة من قِبل لوكينز (1932). ^{[ 15 ]}

يتحمل إسمنت سوريل قوة ضغط تتراوح بين 10000 و12000 رطل لكل بوصة مربعة (69-83 ميجا باسكال)، بينما لا يتحمل إسمنت بورتلاند القياسي عادةً سوى 7000-8000 رطل لكل بوصة مربعة (48-55 ميجا باسكال). كما أنه يحقق قوة عالية في وقت أقصر. ^{[ 16 ]}

يتميز إسمنت سوريل بقدرة ملحوظة على الالتصاق بالمواد الأخرى واحتواءها. كما أنه يتمتع ببعض المرونة ، وهي خاصية مثيرة للاهتمام تزيد من قدرته على مقاومة الصدمات ( مرونة ميكانيكية أفضل )، وهو أمر مفيد بشكل خاص لكرات البلياردو .

يكون المحلول المسامي في أسمنت سوريل الرطب قلويًا قليلاً ( درجة الحموضة من 8.5 إلى 9.5)، ولكنه أقل قلوية بشكل ملحوظ من محلول أسمنت بورتلاند (ظروف قلوية مفرطة: درجة الحموضة من 12.5 إلى 13.5). ^{[ 17 ]}

تشمل الاختلافات الأخرى بين الأسمنت القائم على المغنيسيوم والأسمنت البورتلاندي نفاذية الماء، وحفظ المواد النباتية والحيوانية، وتآكل المعادن. ^{[ 18 ]} هذه الاختلافات تجعل تطبيقات البناء المختلفة مناسبة. ^{[ 19 ]}

يؤدي التعرض المطول لأسمنت سوريل للماء إلى ترشيح كلوريد المغنيسيوم القابل للذوبان₂ ، تاركاًبروسيتMg(OH)₂ كمرحلة ربط، والتي بدون امتصاص_ثانيأكسيد الكربون، يمكن أن تؤدي إلى فقدان القوة. ^{[ 17 ]}

عند الاستخدام، يتم عادةً خلط أسمنت سوريل بمواد مالئة مثل الحصى والرمل ودقيق الرخام والأسبستوس وجزيئات الخشب والطين المتمدد. ^{[ 20 ]}

يُعدّ إسمنت سوريل غير متوافق مع حديد التسليح نظرًا لوجود أيونات الكلوريد في محلول المسام وانخفاض قلوية الإسمنت (الأس الهيدروجيني < 9) مما يُعزز تآكل الحديد ( التآكل النُقري ). ^{[ 17 ]} مع ذلك، فإن انخفاض قلوية الإسمنت يجعله أكثر توافقًا مع حديد التسليح المصنوع من الألياف الزجاجية . ^{[ 20 ]} كما أنه أفضل من إسمنت بورتلاند كمادة رابطة للمركبات الخشبية ، إذ لا يتأثر تصلبه باللجنين والمواد الكيميائية الأخرى الموجودة في الخشب. ^{[ 20 ]}

يمكن تحسين مقاومة الأسمنت للماء باستخدام إضافات مثل حمض الفوسفوريك ، والفوسفات القابل للذوبان ، والرماد المتطاير ، أو السيليكا . ^{[ 17 ]}

يُستخدم أسمنت أوكسي كلوريد المغنيسيوم في صناعة بلاط الأرضيات والأرضيات الصناعية ، وفي الحماية من الحرائق ، وألواح عزل الجدران ، وكمادة رابطة لعجلات التجليخ . ^{[ 20 ]} ونظرًا لتشابهه مع الرخام ، فإنه يُستخدم أيضًا في صناعة الأحجار الصناعية ، ^{[ 20 ]} والعاج الصناعي (مثل كرات البلياردو ) وأغراض أخرى مماثلة.

تُدرس مادة أسمنت سوريل أيضًا كمادة مرشحة للحواجز الكيميائية والحواجز الهندسية (أختام الانجراف المصنوعة من الخرسانة الملحية ) للمستودعات الجيولوجية العميقة للنفايات النووية عالية المستوى في تكوينات الصخور الملحية (محطة عزل النفايات التجريبية (WIPP) في نيو مكسيكو، الولايات المتحدة؛ منجم ملح آس 2، غورليبن ومورسليبن في ألمانيا). [21] [22] [23] يمكن أن يكون الطور 5 من أوكسي كلوريد المغنيسيوم مكملاً مفيدًا، أو بديلاً، لأكسيد المغنيسيوم (بيريكليز) المستخدم حاليًا كممتص لثاني أكسيد الكربون في غرف التخلص ^{من النفايات في محطة عزل النفايات التجريبية ( WIPP} ) للحد من ذوبان معقدات كربونات _{الأكتينيدات} الثانوية ، مع توفير ظروف قلوية معتدلة (الأس الهيدروجيني: 8.5-9.5) لا تزال متوافقة مع الظروف الجيوكيميائية غير المضطربة السائدة في الموقع في التكوينات الملحية. لا يُسمح باستخدام أكسيد وهيدروكسيد الكالسيوم الأكثر قابلية للذوبان (البورتلانديت) في مشروع WIPP ( نيو مكسيكو ) لأنهما سيرفعان درجة الحموضة إلى مستوى مرتفع للغاية (12.5). ( Mg²⁺ ⁾يُعد ثاني أكثر الكاتيونات وفرة في مياه البحر بعد Na ⁺ونظرًا لأن مركبات المغنيسيوم أقل ذوبانًا من مركبات الكالسيوم، تُعتبر مواد التخزين المؤقت القائمة على المغنيسيوم وأسمنت سوريل مواد ردم أكثر ملاءمة للتخلص من النفايات المشعة في التكوينات الملحية العميقة مقارنةً بالأسمنتات الشائعة القائمة على الكالسيوم ( أسمنت بورتلاند ومشتقاته). علاوة على ذلك، ولأن هيدروكسي كلوريد المغنيسيوم يُعد أيضًا مادةً مُنظمةً محتملةً لدرجة الحموضة في المحاليل الملحية المتبخرة البحرية ، فمن المتوقع أن يُحدث أسمنت سوريل اضطرابًا أقل في الظروف الأصلية السائدة في التكوينات الملحية العميقة. ^{[ 24 ]} وقد صنعت شركة بلوهم وفوس خلال الحرب العالمية الثانية قنبلةً انزلاقيةً، BV-246، بأجنحة مصنوعة من أسمنت سوريل.

عادةً ما يتم تحضير أسمنت سوريل عن طريق خلط مسحوق أكسيد المغنيسيوم الناعم مع محلول مركز من كلوريد المغنيسيوم_2. ^{[ 17 ]}​

نظريًا، ينبغي مزج المكونات بالنسب المولية للمرحلة 5، التي تتمتع بأفضل الخصائص الميكانيكية. مع ذلك، قد لا تكتمل التفاعلات الكيميائية التي تُنتج الأوكسي كلوريدات ، تاركةً جزيئات أكسيد المغنيسيوم و/أو كلوريد المغنيسيوم غير متفاعلة._٢ في محلول المسام. بينما تعمل المكونات السابقة كحشو خامل، فإن وجود الكلوريد المتبقي غير مرغوب فيه لأنه يعزز تآكل الفولاذ الملامس للأسمنت. قد يكون من الضروري أيضًا إضافة كمية زائدة من الماء لتحقيق قوام مناسب للتشغيل. لذلك، عمليًا، تكون نسب أكسيد المغنيسيوم والماء في الخليط الأولي أعلى من تلك الموجودة في الطور النقي ٥. ^{[ ٢٠ ]} في إحدى الدراسات، تم الحصول على أفضل الخصائص الميكانيكية بنسبة موليةMgO:MgCl₂ من 13:1 (بدلاً منالنسبة القياسية5:1). ^{[ 20 ]}

البيريكلاس (MgO) والمغنيسيت ( MgCO3)₃ ) لا تُعدّ المواد الخام وفيرة، لذا فإن تصنيعها إلى أسمنت سوريل مكلف ويقتصر على تطبيقات متخصصة تتطلب كميات قليلة من المواد. تُعدّ الصين المورّد الرئيسي للمواد الخام لإنتاج أكسيد المغنيسيوم ومشتقاته.الأسمنت الأخضرالقائم على المغنيسيوممشتقة منالدولوميت(CaMg(CO3))₃ )_٢ ) ممزوج بنسبة٥٠٪ وزناً منكربونات الكالسيوم. يجب عدم الخلط بين هذه المواد وأسمنت سوريل الأصلي، لأن الأخير عبارة عنأوكسي كلوريد المغنيسيوم، ولا يحتوي علىأكسيد الكالسيوم.

• مادة التجليد
• أوكسي كلوريد المغنيسيوم
• ملح فريدل
• الخرسانة الملحية
• بيريكلاس (MgO)