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ソレルセメント（マグネシアセメントまたはオキシ塩化マグネシウムとも呼ばれる）は、1867年にフランスの化学者スタニスラス・ソレルによって初めて製造された非水硬性セメントです。[1]
実際、1855年、マグネシウム化合物の研究を始める前に、スタニスラス・ソレルは酸化亜鉛の粉末と塩化亜鉛の溶液を混ぜて2成分セメントを初めて開発しました。[2] [3]数分で、彼は石灰岩よりも硬い緻密な材料を手に入れました。
わずか10年後、ソレルは配合中の亜鉛をマグネシウムに置き換え、同様に好ましい特性を持つセメントを開発した。この新しいタイプのセメントは、ポルトランドセメントよりも強度と弾力性に優れていたため、衝撃を受けてもより弾力性のある挙動を示した。この材料は、調製したばかりのときは石膏のように簡単に成形でき、硬化後は旋盤で機械加工できた。非常に硬く、多くの異なるタイプの材料と簡単に結合でき（接着性が良好）、顔料で着色できた。そのため、モザイクを作ったり、大理石を模倣したりするために使用された。綿を粉末状に砕いて混ぜると、象牙の代わりの材料として使用され、衝撃に強いビリヤードボールが作られた。 [4]
ソレルセメントは、酸化マグネシウム（焼成マグネシア）と塩化マグネシウムの混合物で、化学式はMg 4 Cl 2 (OH) 6 ( H 2 O ) 8、またはMgCl 2 ·3Mg(OH) 2 ·8H 2 Oで、重量比はMgO 2.5～3.5部に対してMgCl 2 1部です。[5]
驚くべきことに、ごく最近では、スタニスラス・ソレルと姓が似ている別の化学者、チャールズ・A・ソレル（1977、1980）もこのテーマを研究し、ソレルが約100年前に行ったのと同じように、亜鉛とマグネシウムをベースとしたオキシ塩化物化合物の同じファミリーに関する論文を発表しました。オキシ塩化亜鉛セメントは、マグネシウム化合物の代わりに酸化亜鉛と塩化亜鉛から製造されます。[6] [7]
構成と構造
硬化セメントは主に、初期のセメント配合、硬化時間、その他の変数に応じて、さまざまな割合のマグネシウムオキシ塩化物とマグネシウム水酸化物の混合物で構成されています。常温で安定している主なオキシ塩化物は、いわゆる「フェーズ 3」と「フェーズ 5」であり、その式は 3 Mg(OH)と表すことができます。
2·塩化マグネシウム
2·8時間
2O および5Mg(OH)
2·塩化マグネシウム
2·8時間
2O、または同等にMg
2（おお）
3塩素· 4H
2OとMg
3（おお）
5塩素· 4H
2O . [8]
第5段階では、主に長い針状結晶として結晶化しますが、これは実際には巻かれたシートです。これらの絡み合った針状結晶がセメントに強度を与えます。[9]
長期的には、オキシ塩化物は二酸化炭素 COを吸収して反応します。
2空気中のクロロ炭酸マグネシウムを生成する。[10]
歴史
これらの化合物は、1867年にスタニスラス・ソレルによって初めて製造された熟成ソレルセメントの主成分です。[1]
19世紀後半には、硬化したソレルセメントの組成を決定するためのいくつかの試みがなされたが、結果は決定的なものではなかった。[11] [12] [13] [14] フェーズ3は、ロビンソンとワガマン（1909）によって適切に分離され、説明され、[11]フェーズ5はルーケンス（1932）によって特定された。[15]
プロパティ
ソレルセメントは10,000～12,000psi（69～83MPa）の圧縮力に耐えることができますが、標準的なポルトランドセメントは通常7,000～8,000psi（48～55MPa）しか耐えられません。また、より短時間で高い強度を達成します。[16]
ソレル セメントは、他の材料と結合し、他の材料を封じ込める優れた能力を備えています。また、ある程度の弾力性も備えており、衝撃に抵抗する能力（優れた機械的弾力性）を高める興味深い特性があり、特にビリヤード ボールに適しています。
湿ったソレルセメントの細孔溶液はわずかにアルカリ性（pH 8.5〜9.5）であるが、ポルトランドセメント（高アルカリ性条件：pH 12.5〜13.5）のそれよりもかなり低い。[17]
マグネシウム系セメントとポルトランドセメントの他の違いとしては、透水性、動植物の保存性、金属の腐食などが挙げられます。[18]これらの違いにより、適切な建設用途が異なります。[19]
ソレルセメントを水に長時間さらすと、溶解性のMgClが浸出する。
2、水和ブルーサイト Mg(OH)を残す
2結合相としてCO2を吸収しないと強度が低下する可能性がある。[17]
充填剤と補強材
使用時には、ソレルセメントは通常、砂利、砂、大理石粉、アスベスト、木片、膨張粘土などの充填材と組み合わせて使用されます。[20]
ソレルセメントは、細孔溶液中に塩化物イオンが存在し、セメントのアルカリ度が低い（pH < 9）ため、鋼の腐食（孔食）を促進するため、鉄筋との相性が悪い。[17] しかし、アルカリ度が低いため、ガラス繊維強化材との相性が良い。 [ 20]また、リグニンやその他の木材化学物質 によって硬化が遅れることがないため、木材複合材の結合剤としてはポルトランドセメントよりも優れている。 [20]
セメントの耐水性は、リン酸、可溶性リン酸塩、フライアッシュ、シリカなどの添加剤を使用することで改善できます。[17]
用途
オキシ塩化マグネシウムセメントは、床タイルや工業用床材、防火壁断熱パネル、研削砥石の結合剤として使用されています。[ 20 ]大理石に似ているため、人造石、 [ 20] や 人工象牙（ビリヤードボールなど）などの用途 にも使用されています。
ソレルセメントは、高レベル放射性廃棄物を岩塩層（米国ニューメキシコ州の廃棄物隔離パイロットプラント（WIPP）、ドイツのゴアレーベンおよびモルスレーベンのアッセII岩塩鉱山）に貯蔵するための化学緩衝材および人工バリア（岩塩コンクリート製のドリフトシール）の候補材料としても研究されている。[21] [22] [23]マグネシウムオキシ塩化物のフェーズ5は、 WIPP処分チャンバー内でマイナーアクチニド炭酸塩錯体の溶解度を制限するために現在CO2ゲッターとして使用されているMgO（ペリクレース）の有用な補完物、または代替物となり、塩層で当初その場に優勢であった乱されていない地球化学的条件と依然として互換性のある中程度のアルカリ性条件（pH：8.5〜9.5）を確立する可能性がある。より溶解性の高い酸化カルシウムと水酸化カルシウム（ポートランド石）は、pHが高すぎる（12.5）ため、WIPP （ニューメキシコ州）では認可されていません。Mg2歳以上
海水中に存在する陽イオンの中でNaに次いで2番目に多い陽イオンである。+
、マグネシウム化合物はカルシウム化合物よりも溶解性が低いことから、マグネシウムベースの緩衝材とソレルセメントは、一般的なカルシウムベースのセメント（ポルトランドセメントとその誘導体）よりも深部塩層における放射性廃棄物処分に適した埋め戻し材であると考えられています。さらに、マグネシウムヒドロキシクロリドは海洋蒸発岩塩水中のpH緩衝剤としても機能するため、ソレルセメントは深部塩層に広く存在する初期の現場条件をあまり乱さないことが期待されます。[24]
準備
ソレルセメントは通常、細かく砕いたMgO粉末をMgClの濃縮溶液と混合して製造されます。
2[17 ]
理論上は、機械的特性が最も優れている第5相のモル比で成分を混合する必要があります。ただし、オキシ塩化物を生成する化学反応が完了せず、未反応のMgO粒子やMgClが残る可能性があります。
2細孔溶液中に存在する。前者は不活性充填剤として作用するが、残留塩化物はセメントと接触する鋼の腐食を促進するため望ましくない。作業可能な粘稠度を達成するために過剰な水も必要になる可能性がある。したがって、実際には、初期混合物中の酸化マグネシウムと水の割合は、純粋な第5相よりも高い。[20]ある研究では、モル比MgO : MgCl で最良の機械的特性が得られた。
213:1（化学量論比5:1の代わりに）[20]
生産
ペリクレース（MgO）とマグネサイト（MgCO
3）は豊富な原料ではないため、ソレルセメントへの製造は高価であり、適度な量の原料を必要とする特殊なニッチ用途に限定されています。中国は、酸化マグネシウムとその誘導体の生産のための原材料の主要な供給国です。[要出典]マグネシウムベースの「グリーンセメント」は、より豊富なドロマイト（（Ca、Mg）（CO
3）
2) 鉱床 (ドロマイト) から抽出されたセメントですが、炭酸カルシウムも50 重量% 含んでいるため、オリジナルのソレル セメントと混同しないでください。後者には酸化カルシウムが含まれていません。実際、ソレル セメントは純粋なオキシ塩化マグネシウムです。
参照
参考文献
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