ซีเมนต์โซเรล (หรือที่รู้จักกันในชื่อซีเมนต์แมกนีเซียหรือแมกนีเซียมออกซีคลอไรด์ ) เป็นซีเมนต์ที่ไม่ใช่ไฮดรอลิกซึ่งผลิตขึ้นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศสStanislas Sorelในปี พ.ศ. 2410 ^{[ 1 ]}

อันที่จริง ในปี พ.ศ. 2498 ก่อนที่จะทำงานกับสารประกอบแมกนีเซียม Stanislas Sorel ได้พัฒนาซีเมนต์สององค์ประกอบขึ้นเป็นครั้งแรกโดยการผสม ผง ซิงค์ออกไซด์กับสารละลายซิงค์คลอไรด์ [ ^{2 ] [ 3 ] ใน}เวลาไม่กี่นาทีเขาก็ได้วัสดุที่มีความหนาแน่นและแข็งกว่าหินปูน

เพียงสิบปีต่อมา โซเรลได้เปลี่ยนสังกะสีเป็นแมกนีเซียมในสูตรของเขา และได้ซีเมนต์ที่มีคุณสมบัติที่ดีเช่นเดียวกัน ซีเมนต์ชนิดใหม่นี้แข็งแรงและยืดหยุ่นกว่าซีเมนต์ปอร์ตแลนด์จึงแสดง พฤติกรรม ที่ทนทานต่อแรงกระแทกได้ดีกว่า วัสดุนี้สามารถขึ้นรูปได้ง่ายเหมือนปูนปลาสเตอร์เมื่อเตรียมเสร็จใหม่ๆ หรือกลึงบนเครื่องกลึงได้หลังจากแข็งตัวแล้ว มันแข็งมาก สามารถยึดติดกับวัสดุหลายประเภทได้ง่าย ( มีคุณสมบัติ ในการยึดเกาะ ที่ดี ) และสามารถแต่งสีด้วยเม็ดสีได้ ดังนั้นจึงใช้ในการทำโมเสกและเลียนแบบหินอ่อนหลังจากผสมกับฝ้ายบดละเอียดแล้ว ยังใช้เป็นวัสดุทดแทนงาช้างในการผลิตลูกบิลเลียดที่ทนต่อแรงกระแทกได้ อีกด้วย ^{[ 4 ​​]}

ซีเมนต์ Sorel เป็นส่วนผสมของแมกนีเซียมออกไซด์ ( แมกนีเซีย เผา ) กับแมกนีเซียมคลอไรด์ โดยมี สูตรทางเคมีโดยประมาณคือMg Cl (OH) ( H O ) หรือ MgCl ·3Mg(OH) ·8H O ซึ่งสอดคล้องกับอัตราส่วนน้ำหนัก 2.5–3.5 ส่วนของ MgO ต่อ 1 ส่วนของMgCl ^{[ 5 ]}

Charles A. Sorrell ยังได้ศึกษาหัวข้อนี้และตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับสารประกอบออกซีคลอไรด์ตระกูลเดียวกันที่มีสังกะสีและแมกนีเซียมในปี 1977 และ 1980 ซีเมนต์สังกะสีออกซีคลอไรด์เตรียมจากสังกะสีออกไซด์และสังกะสีคลอไรด์แทนที่จะเป็นสารประกอบแมกนีเซียม^{[ 6 ] [ 7 ]}

ซีเมนต์ที่แข็งตัวแล้วประกอบด้วยส่วนผสมของแมกนีเซียมออกซีคลอไรด์และแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ในสัดส่วนที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับสูตรซีเมนต์เริ่มต้น เวลาการแข็งตัว และตัวแปรอื่นๆ ออกซีคลอไรด์ที่เสถียรหลักๆ ที่อุณหภูมิห้องคือ "เฟส 3" และ "เฟส 5" ซึ่งมีสูตรเขียนได้เป็น 3 Mg(OH)· เอ็มจีคลอไรด์·8 HO และ 5 Mg(OH)· เอ็มจีคลอไรด์·8 HOตามลำดับ หรือเทียบเท่ากับMg(โอ้)Cl ·4 HOและMg(โอ้)Cl ·4 Hโอ . ^{[ 8 ]}

เฟส 5 ตกผลึกส่วนใหญ่เป็นเข็มยาวซึ่งจริงๆ แล้วเป็นแผ่นที่ม้วนขึ้น เข็มที่ประสานกันเหล่านี้ทำให้ซีเมนต์มีความแข็งแรง^{[ 9 ]}

ในระยะยาว ออกซีคลอไรด์จะดูดซับและทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂)จากอากาศเพื่อสร้างแมกนีเซียมคลอโรคาร์บอเนต^{[ 10 ]}

สารประกอบเหล่านี้เป็นส่วนประกอบหลักของซีเมนต์ Sorel ที่สุกงอม ซึ่งStanislas Sorel เป็นผู้เตรียมขึ้นเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2410 ^{[ 1 ]}

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 มีความพยายามหลายครั้งในการกำหนดองค์ประกอบของซีเมนต์ Sorel ที่แข็งตัวแล้ว แต่ผลลัพธ์ไม่เป็นที่แน่ชัด^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} เฟส 3 ได้รับการแยกและอธิบายอย่างถูกต้องโดย Robinson และ Waggaman (1909) ^{[ 11 ]}และเฟส 5 ได้รับการระบุโดย Lukens (1932) ^{[ 15 ]}

ซีเมนต์ Sorel สามารถทนต่อแรงอัด ได้ 10,000–12,000 psi (69–83 MPa) ในขณะที่ ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ มาตรฐาน โดยทั่วไปสามารถทนต่อแรงอัดได้เพียง 7,000–8,000 psi (48–55 MPa) เท่านั้น นอกจากนี้ยังสามารถมีความแข็งแรงสูงในเวลาที่สั้นกว่าอีกด้วย^{[ 16 ]}

ซีเมนต์โซเรลมีคุณสมบัติที่โดดเด่นในการยึดเกาะและกักเก็บวัสดุอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีความยืดหยุ่นซึ่งเป็นคุณสมบัติที่น่าสนใจที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานแรงกระแทก ( ความยืดหยุ่นเชิงกล ที่ดีขึ้น ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์สำหรับลูกบิลเลียด

สารละลายในรูพรุนของซีเมนต์ Sorel ที่เปียกจะมีสภาพเป็นด่างเล็กน้อย ( pH 8.5 ถึง 9.5) แต่มีค่าต่ำกว่าซีเมนต์ปอร์ตแลนด์อย่างมีนัยสำคัญ (สภาวะเป็นด่างสูง: pH 12.5 ถึง 13.5) ^{[ 17 ]}

ความแตกต่างอื่นๆ ระหว่างซีเมนต์แมกนีเซียมและซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ได้แก่ การซึมผ่านของน้ำ การรักษาสารจากพืชและสัตว์ และการกัดกร่อนของโลหะ^{[ 18 ]}ความแตกต่างเหล่านี้ทำให้การใช้งานก่อสร้างที่แตกต่างกันมีความเหมาะสม^{[ 19 ]}

การที่ปูนซีเมนต์โซเรลสัมผัสกับน้ำเป็นเวลานาน จะทำให้แมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl) ที่ละลายน้ำ ได้ถูกชะล้างออกมาเหลือไว้ซึ่งบรูไซต์ไฮเดรตMg (OH)เนื่องจากเฟสการยึดเกาะซึ่งหากไม่มีการดูดซับ CO2 ส่งผลให้สูญเสียความแข็งแรง^{[ 17 ]}

โดยทั่วไปแล้วซีเมนต์ Sorel จะถูกผสมกับวัสดุเติม เช่น กรวด ทราย ผงหินอ่อน แอสเบสตอส เศษไม้ และดินเหนียวขยายตัว^{[ 20 ]}

ซีเมนต์ Sorel ไม่เข้ากันกับเหล็กเสริมแรง เนื่องจากมีไอออนคลอไรด์ในสารละลายในรูพรุนและความเป็นด่างต่ำ (pH < 9) ของซีเมนต์ทำให้เกิดการกัดกร่อนของเหล็ก ( การกัดกร่อนแบบเป็นหลุม ) ^{[ 17 ]} อย่างไรก็ตาม ความเป็นด่างต่ำทำให้เข้ากันได้ดีกับใยแก้วเสริมแรง [ ^{20 ] นอกจาก} นี้ยังดีกว่าซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในฐานะสารยึดเกาะสำหรับวัสดุคอมโพสิตไม้ เนื่องจาก ลิกนินและสารเคมีอื่นๆ ในไม้ไม่ทำให้การแข็งตัวช้าลง^{[ 20 ]}

ความต้านทานของซีเมนต์ต่อน้ำสามารถปรับปรุงได้ด้วยการใช้สารเติมแต่ง เช่นกรดฟอสฟอริกฟอสเฟต^ที่ละลายได้เถ้าลอยหรือซิลิกา^{[ 17} ]

ซีเมนต์แมกนีเซียมออกซีคลอไรด์ใช้ในการทำกระเบื้องปูพื้นและพื้น อุตสาหกรรม ในการป้องกันอัคคีภัยแผ่นฉนวนผนังและเป็นสารยึดเกาะสำหรับล้อเจียร [ ^{20 ] เนื่องจาก}มีลักษณะคล้ายหินอ่อนจึงใช้สำหรับหินเทียม^{[ 20 ]}งาช้าง เทียม( เช่น สำหรับลูกบิลเลียด ) และวัตถุประสงค์อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน

ซีเมนต์ Sorel ยังได้รับการศึกษาในฐานะวัสดุที่เหมาะสมสำหรับบัฟเฟอร์ทางเคมีและสิ่งกีดขวางทางวิศวกรรม (ซีลกันรั่วที่ทำจากคอนกรีตเกลือ ) สำหรับแหล่งเก็บกักกากกัมมันตรังสีระดับสูงในชั้นหินเกลือลึก ( โรงงาน Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) ในนิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกา; เหมืองเกลือ Asse II , GorlebenและMorslebenในเยอรมนี) ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}เฟส 5 ของแมกนีเซียมออกซีคลอไรด์อาจเป็นส่วนเสริมหรือตัวทดแทนที่มีประโยชน์สำหรับ MgO ( periclase ) ที่ใช้ในปัจจุบันเป็นตัวดักจับ CO2 ห้องกำจัดของ WIPP เพื่อจำกัดการละลายของ สารประกอบคาร์บอเนตของ แอคติไนด์รองในขณะที่สร้างสภาวะด่างปานกลาง (pH: 8.5–9.5) ซึ่งยังคงเข้ากันได้กับสภาวะทางธรณีเคมีที่ไม่ถูกรบกวนซึ่งมีอยู่แต่เดิมในแหล่งเก็บกักกากกัมมันตรังสีในชั้นหินเกลือแคลเซียมออกไซด์และไฮดรอกไซด์ ( พอร์ตแลนไดต์ ) ที่ละลายได้ง่ายกว่ามากนั้นไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้ในWIPP (นิวเม็กซิโก) เนื่องจากจะทำให้ค่า pH สูงเกินไป (12.5) ส่วน แมกนีเซียม ( Mg) นั้น²⁺เป็นไอออนบวก ที่มีปริมาณมากเป็นอันดับสอง ในน้ำทะเลรองจากNa⁺และเนื่องจากสารประกอบแมกนีเซียมมีความละลายน้อยกว่าสารประกอบแคลเซียม วัสดุบัฟเฟอร์ที่ใช้แมกนีเซียมและซีเมนต์ Sorel จึงถือว่าเป็นวัสดุถมที่เหมาะสมกว่าสำหรับการกำจัดกากกัมมันตรังสีในชั้นเกลือลึกเมื่อเทียบกับซีเมนต์ที่ใช้แคลเซียมทั่วไป ( ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์และอนุพันธ์) ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากแมกนีเซียมไฮดรอกซีคลอไรด์ยังเป็นบัฟเฟอร์ pH ที่เป็นไปได้ ในน้ำเกลือระเหย ในทะเล จึงคาดว่าซีเมนต์ Sorel จะรบกวนสภาวะในแหล่งกำเนิดเริ่มต้นในชั้นเกลือลึกน้อยกว่า^{[ 24 ]} Blohm&Voss ได้ผลิตระเบิดร่อน BV-246 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 โดยมีปีกที่ทำจากซีเมนต์ Sorel

ซีเมนต์โซเรลโดยทั่วไปเตรียมได้จากการผสมผงแมกนีเซียมออกไซด์(MgO) ที่บดละเอียด เข้ากับสารละลาย แมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl) เข้มข้น[ ^{17 ]​}

ตามทฤษฎีแล้ว ส่วนผสมควรผสมกันในสัดส่วนโมลของเฟส 5 ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาเคมีที่สร้างออกซีคลอไรด์อาจไม่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ ทำให้เหลือ อนุภาค MgO ที่ไม่ทำปฏิกิริยา และ/หรือMgCl อยู่ในสารละลายรูพรุน ในขณะที่สารตัวแรกทำหน้าที่เป็นสารเติมเต็มเฉื่อย คลอไรด์ที่เหลืออยู่นั้นไม่เป็นที่ต้องการ เนื่องจากจะส่งเสริมการกัดกร่อนของเหล็กที่สัมผัสกับซีเมนต์ น้ำส่วนเกินอาจจำเป็นเพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอที่ใช้งานได้ ดังนั้นในทางปฏิบัติ สัดส่วนของแมกนีเซียมออกไซด์และน้ำในส่วนผสมเริ่มต้นจึงสูงกว่าในเฟสบริสุทธิ์ 5 ^{[ 20 ]} ในการศึกษาหนึ่ง คุณสมบัติทางกลที่ดีที่สุดได้มาจากการใช้อัตราส่วนโมลาร์MgO : MgClของ 13:1 (แทนที่จะเป็นสัดส่วนทางเคมี 5:1) ^{[ 20 ]}

เพริคลาเซ (MgO) และแมกนีไซต์ ( MgCO)แมกนีเซียมออกไซด์ (CaMg(CO₃)) เป็นวัตถุดิบที่ไม่ค่อยมีปริมาณมาก ดังนั้นการผลิตเป็นซีเมนต์โซเรลจึงมีราคาแพงและจำกัดอยู่เฉพาะการใช้งานเฉพาะกลุ่มที่ต้องการวัตถุดิบในปริมาณไม่มากนัก จีนเป็นผู้จัดหาวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตแมกนีเซียมออกไซด์และอนุพันธ์ซีเมนต์สีเขียว บางชนิดที่ใช้แมกนีเซียมเป็นส่วนประกอบหลักได้มาจาก โดโลไมต์ ( CaMg(CO₃))ซึ่งมีปริมาณมากกว่า)) ผสมกับแคลเซียมคาร์บอเนต50% โดยน้ำหนัก ไม่ควรสับสนกับซีเมนต์ Sorel รุ่นดั้งเดิม เนื่องจากรุ่นหลังเป็นแมกนีเซียมออกซีคลอไรด์ บริสุทธิ์ และไม่มีส่วนผสมของแคลเซียมออกไซด์

• สารยึดเกาะ (วัสดุ)
• แมกนีเซียมออกซีคลอไรด์
• เกลือของฟรีเดล
• คอนกรีตเกลือ
• เพริคลาเซ (MgO)