Структура, энергетические параметры и свойства магнезиального вяжущего вещества

По составу и химической природе магнезиальные вяжущие 3MgO∙MgCl₂∙11H₂O и 5MgO∙MgCl₂∙13H₂O следует относить к гидратированным гидроксохлоридам магния (Уэллс, 1987). Имеется расшифровка структуры наиболее стабильного (как это принято считать) соединения 3MgO∙MgCl₂∙11H₂O (Wolff et al, 1953), она низкосимметричная, триклинной сингонии с параметрами: a_o = 8,65 Å, b_o = 6,27 Å, c_o = 7,43 Å, α =101^о58', β = 104^о, γ = 73^о11', Z = 2[1], рассчитанная плотность ρ = 1,86 г/см³.

Согласно этой работе, основу структуры рассматриваемой фазы (и, по-видимому, ряда других гидратированных гидроксосолей магния) составляют двойные цепи состава Mg₄(OH)₃(H₂O)₃, которые соединяются между собой ионами Cl^- и молекулами воды (рис. 3.15). Используя условные обозначения структурного мотива соединения по Д.П.Григорьеву (Григорьев, 1966), структурную кристаллохимическую формулу рассматриваемого соединения следует записать в виде

|Mg₄²⁺(OH)₆^-(H₂O)₆|²⁺Cl₂^1-×2H₂O,

где катионый радикал из бесконечных сдвоенных магниево-гидроксидных цепочек выделен прямыми скобками.

Из представленной структурной формулы следует, что основу сцепления цепочек составляет их электростатическое взаимодействие с ионами хлора и вандерваальсовское (молекулярное) с молекулами воды. Этим объясняется волокнистое строение и сравнительно низкая твердость магнезиального цемента - Н_М = 2,5-3 по относительной минералогической шкале Мооса и HV = 45-78 кгс/мм² (абсолютная твердость или микротвердость вдавливания алмазной пирамиды по Виккерсу).[2]

Ввиду отсутствия соответствующих структурных данных, для второй, менее стабильной модификации магнезиального цемента 5MgO×MgCl₂×13H₂O можно предложить (при условии сохранения цепной структуры) следующую структурную формулу:

|Mg₆²⁺(OH)₁₀^-(H₂O)₆|²⁺Cl₂^1-×2H₂O,

где в прямых скобках выделен бесконечный радикал из сдвоенных магниево-гидроксидных цепочек, скрепленных анионами Сl^- и молекулами воды.

Из сравнения обеих структурных формул следует: полная идентичность структурных мотивов соединений, равенство зарядов катионных цепочечных радикалов и скрепляющих их анионов хлора, а также числа межцепочечных молекул воды. Следовательно, свойства сравниваемых соединений, вытекающие из тесной близости их конституции, должны быть практически одинаковыми или, по крайней мере, весьма близкими.

Следует особо подчеркнуть, что обусловленная цепочечной кристаллической структурой магнезиальных цементов их характерная спутано-волокнистая текстура четко наблюдается лишь в электронном микроскопе при очень больших увеличениях (Маткович, Рогич, 1974). Впрочем, признаки такой текстуры наблюдались нами и в обычном оптическом микроскопе, что отражено на микрофотографии (рис. 3.9).

В таблице 3.4 приведены основные энергетические параметры и вычисленные с их помощью по формулам из 2-ой главы некоторые физические свойства для фазы 3MgO∙MgCl₂∙11H₂O и (для сравнения) - соответствующие данные для одной из основных фаз портландцемента, имеющую, согласно (Белов, 1976; Теория цемента, 1991), состав 12CaO∙6SiO₂∙7H₂O, а в таблице 3.5 даны сравнительные показатели магнезиальных цементов и некоторых природных материалов.

В порядке обсуждения данных таблицы 3.4 необходимо привести соответствующие комментарии и дать следующие пояснения и оговорки.

Таблица 3.4