Сорель, Станислас

Станисла́с Соре́ль (фр. Stanislas Sorel; 3 февраля 1803, Путанж, Франция — 16 марта 1871, Париж) — французский инженер-химик и изобретатель, создатель магнезиального цемента (цемента Сореля), одного из первых нецементных вяжущих веществ, получивших промышленное применение. Наряду с изобретением портландцемента Джозефом Аспдином (1824 г.) и открытием гидравлической извести Луи Вика, работы Сореля заложили основы современного строительного материаловедения.

Биография

Станислас Сорель родился 3 февраля 1803 года в небольшом городе Путанж (департамент Орн, Нормандия) в семье бедного часовщика. Точных сведений о его формальном образовании не сохранилось, однако известно, что он самостоятельно изучал химию и физику, проявляя особый интерес к металлургии и технологии строительных материалов.

В 1830-х годах Сорель переехал в Париж, где начал работать над проблемами защиты металлов от коррозии. Его первые изобретения были связаны с разработкой методов антикоррозионной обработки железа и стали, что было крайне актуально для развивающейся промышленности Франции.

Сорель никогда не занимал академических должностей и не был членом научных обществ, оставаясь практиком-изобретателем на протяжении всей жизни. Он скончался 16 марта 1871 года в Париже в возрасте 68 лет.

Научная и изобретательская деятельность

Гальванизация и защита металлов

Первым крупным изобретением Сореля стал метод гальванизации (горячего цинкования) железа, на который он подал патентную заявку 10 мая 1837 года. Суть метода заключалась в погружении железных изделий в расплавленный цинк, что приводило к образованию на поверхности защитного слоя цинкового покрытия, предохраняющего основной металл от окисления.

Этот процесс лег в основу современной технологии горячей оцинковки, которая до сих пор широко применяется для защиты стальных конструкций, металлоконструкций мостов, ограждений и элементов арматуры от атмосферной коррозии.

«Центральное жюри по продуктам французской промышленности» удостоило Сореля золотой медали в 1839 году за разработку метода гальванизации. Вторично эта награда была присуждена ему в 1844 году, а также компании Сен-Поль, которая первой внедрила процесс в промышленное производство.

Краски на основе оксихлорида цинка

В 1857 году Сорель запатентовал новый тип краски на основе оксихлорида цинка (патент № 1710 от 19 июня 1857 г., Лондон). Эта краска была близка по свойствам к цинковым белилам, но значительно менее токсична, чем широко применявшиеся в то время свинцовые белила на основе церуссита (основного карбоната свинца 2PbCO₃·Pb(OH)₂).

Оксихлорид цинка получали реакцией оксида цинка с раствором хлорида цинка, что приводило к образованию твердого, водостойкого покрытия с высокой адгезией к различным поверхностям. Хотя эта краска не получила массового распространения из-за высокой стоимости компонентов, она продемонстрировала принципиальную возможность создания вяжущих систем на основе оксихлоридов металлов.

Цемент Сореля

Наиболее значительным достижением Сореля стало создание в 1867 году новой формулы цемента на основе комбинации оксида магния (MgO) и раствора хлорида магния (MgCl₂). Этот цемент, впоследствии названный его именем, обладал замечательной способностью связываться с различными веществами и вмещать большое разнообразие наполнителей — как минеральных, так и органических.

Цемент Сореля: состав и свойства

Химический состав и механизм твердения

Цемент Сореля представляет собой продукт реакции магнезиального вяжущего (MgO) с растворами солей магния (MgCl₂ или MgSO₄), в результате которой образуются гидроксохлориды или гидроксосульфаты магния переменного состава.

Основные реакции твердения в системе MgO–MgCl₂–H₂O могут быть записаны следующим образом:

[math]\displaystyle{ \mathsf{MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{3MgO + MgCl_2 + 11H_2O \rightarrow 3Mg(OH)_2 \cdot MgCl_2 \cdot 8H_2O} }[/math] (фаза ГОХ-3)

[math]\displaystyle{ \mathsf{5MgO + MgCl_2 + 13H_2O \rightarrow 5Mg(OH)_2 \cdot MgCl_2 \cdot 8H_2O} }[/math] (фаза ГОХ-5)

Фаза ГОХ-5 (пентагидроксохлорид магния) является метастабильной и со временем перекристаллизуется в более стабильную фазу ГОХ-3 (тригидроксохлорид магния) с выделением дополнительного количества Mg(OH)₂.

Исследования показывают, что оптимальная плотность раствора хлорида магния для затворения составляет 1200–1250 кг/м³ при жидкотвёрдом отношении 0,28–0,32. При этих параметрах прочность цементного камня на сжатие достигает 60–78 МПа в 14-суточном возрасте, что позволяет считать эту прочность марочной.

Физико-механические свойства

Цемент Сореля обладает рядом уникальных свойств, отличающих его от портландцемента:

• Высокая ранняя прочность: набор 60–80% от окончательной прочности происходит уже в 7-суточном возрасте.
• Высокая адгезия: способность связываться с широким спектром наполнителей, включая органические (древесина, опилки, растительные волокна).
• Абразивная стойкость: устойчивость к истиранию и ударам выше, чем у портландцемента.
• Бактерицидность: оксихлориды магния препятствуют развитию микроорганизмов, грибков и грызунов.
• Огнестойкость: материалы на основе цемента Сореля выдерживают температуры до 600–1000 °C.
• Декоративность: возможность получения изделий с гладкой, полируемой поверхностью, имитирующей мрамор или слоновую кость.

Однако цемент Сореля имеет и существенные недостатки:

• Низкая водостойкость: продукты твердения (оксихлориды магния) обладают высокой гигроскопичностью и растворимостью в воде.
• Коррозионная активность: высокое содержание хлорид-ионов вызывает точечную коррозию стальной арматуры, что делает цемент непригодным для железобетонных конструкций.
• Изменение геометрических размеров: при несбалансированном составе изделия могут деформироваться в ходе эксплуатации.

Области применения

В XIX – начале XX века цемент Сореля использовался для изготовления:

• Жерновых камней для мельниц (благодаря высокой абразивной стойкости)
• Искусственного камня и декоративных облицовочных плит
• Искусственной слоновой кости (в частности, для бильярдных шаров)
• Ксилолита — материала для напольных покрытий на основе магнезиального вяжущего и древесных опилок
• Фибролита — теплоизоляционного материала с древесной стружкой

В современной строительной индустрии цемент Сореля применяется преимущественно для производства стекломагнезитовых листов (СМЛ) — огнезащитного облицовочного материала, выдерживающего температуры до 1000 °C. Также разработаны технологии получения на его основе магнезиальных бетонов, сухих строительных смесей, шпатлевок и даже пролонгированных азотно-магниевых удобрений.

Ограничения и проблемы

Основным ограничением широкого применения цемента Сореля является дефицит и высокая стоимость природного магнезиального сырья (периклаза и магнезита). Основные месторождения магнезита сосредоточены в труднодоступных регионах (Иркутская область, Красноярский край — 94% запасов России).

Кроме того, производство хлорида магния требует получения соляной и серной кислот, что делает крупномасштабное промышленное производство более загрязняющим, чем производство портландцемента, требующего лишь высокотемпературного обжига смеси известняка (80%) и глины (20%).

В последние годы ведутся активные исследования по использованию низкокачественного магнезиального сырья — доломитов и доломитизированных магнезитов, запасы которых значительно больше и которые распространены повсеместно. Показано, что на основе каустического доломита с содержанием MgO ≈ 18–25% можно получить стеклодоломитовые листы с прочностью, не уступающей прочности СМЛ.

Наследие и современное применение

Несмотря на то, что цемент Сореля не получил такого массового распространения, как портландцемент, его значение для развития строительного материаловедения трудно переоценить. Он стал первым примером нецементного вяжущего, продемонстрировавшего возможность создания высокопрочных композиционных материалов с уникальными свойствами.

В советское время исследования магнезиальных вяжущих активно велись под руководством таких ученых, как А.В. Волженский, П.П. Будников, В.А. Китайцев и других. Были разработаны технологии производства ксилолита, фибролита, магнезиальных бетонов для промышленных полов.

Современные исследования направлены на решение главной проблемы цемента Сореля — низкой водостойкости. Разработаны методы модифицирования структуры путем введения комплексных добавок: фосфатов, лигносульфонатов, гидрофобизаторов, анионных ПАВ. Показано, что введение парафина, воска или камфоли с последующей термической обработкой изделий при 90–100 °C позволяет получить водостойкие материалы с глянцевой поверхностью.

Награды и признание

• Золотая медаль Центрального жюри по продуктам французской промышленности (1839) — за разработку метода гальванизации.
• Золотая медаль Центрального жюри (1844) — за внедрение процесса гальванизации в промышленность.
• Патент № 1710 (Великобритания, 1857) — на краски и цементы на основе оксихлоридов.
• Патент (Франция, 1867) — на магнезиальный цемент.

Основные труды и патенты

• Sorel S. Procédé de préparation du fer dit galvanisé pour le préserver de l'oxidation // Archives des découvertes et des inventions nouvelles. – 1838. – P. 264–266.
• Sorel S. New chemical compositions producing either house paintings, cement, or plastic paste to be moulded. Patent Number 1710, published 19 June 1857. London: Eyre and Spottiswood, 1857.
• Sorel S. Peinture à base d'oxychlorure de zinc // Le Génie Industriel. – 1858. – Vol. 15, № 90. – P. 327–328.
• Sorel S. Note sur un nouveau procédé pour la peinture à l'oxychlorure de zinc // Bulletin de la Société d'Encouragement pour l'Industrie Nationale. – 1858. – Vol. 57. – P. 231–232.
• Société Sorel et Laissement. Peinture Sorel à l'oxychlorure de zinc // La Presse. – 1859. – Jul 20.

См. также

• Магнезиальный цемент
• Каустический магнезит
• Каустический доломит
• Бетон на магнезиальном вяжущем
• Стеклобетон
• Ксилолит
• Фибролит
• Аспдин, Джозеф
• Вика, Луи Жозеф

Литература

//

• Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. Технология и свойства: учебник. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Эколит, 2011. 472 с.
• Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В. Технология бетона, строительных изделий и конструкций. М.: АСВ, 2004. 256 с. ISBN 5-93093-173-9
• Будников П.П., Зорин С.П. Вяжущие вещества с поверхностно-активными добавками. М.: Промстройиздат, 1953. 247 с.
• Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я., Черных Т.Н., Кирсанова А.А. Модификаторы цементных бетонов и растворов. Технические характеристики и механизм действия. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2017. 145 с. ISBN 978-5-696-04898-7
• Корнеев В.И., Зозуля П.В., Медведева И.Н. Технология сухих строительных смесей. СПб.: Лань, 2024. 372 с. ISBN 978-5-507-49208-4
• Микульский В.Г., Сахаров Г.П. Строительные материалы. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. М.: АСВ, 2007. 520 с. ISBN 978-5-93093-041-2
• Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы. Киев: Вища школа, 1985. 440 с.
• Потапова Е.Н. Технология сухих строительных смесей. М.: Инфра-Инженерия, 2023. 376 с. ISBN 978-5-9729-1239-1
• Тейлор Х. Химия цемента. М.: Мир, 1996. 560 с. ISBN 5-03-002731-9
• Шульце В., Тишер В., Эттель В.-П. Растворы и бетоны на нецементных вяжущих. М.: Стройиздат, 1990. 240 с. ISBN 5-274-00860-7

//