Байланыстырғыш заттар туралы негізгі ақпараттар
КІРІСПЕ
Құрылыста көпшілігінде толтырғышы ортақ монолитке цементтелген жасанды құрылыс конгломераттары (ЖҚК) кеңінен қолданылады. Жасанды және табиғи конгломераттардың пайда болу ерекшелігі, оларда полигранулярлы немесе басқа типтегі дискретті толтырғыштарды (талшықты,пластинкалы ,т.б.) міндетті түрде цементтеу кезінде екінші реттік (байланыстырушы) заттар немесе алғашқы байланыстар ( химиялық,электрлік,т.б.) көмегімен жүреді. ЖҚК көмегімен кез-келген формада және көлемде, қажетті беріктікте құрылымдар құрастырылып жасалады, сонымен қатар оларға сенімділік пен ұзақ мерзімділігін қамтамасыз ететін өзге де қасиеттер беріледі.Бұл материалдар құрылыс мақсаттарына байланысты құрамы мен қасиеттерін реттеуге мүмкіндік береді.Болжалды есептеулер көрсеткендей,құрылыс материалдарының жалпы көлемінің 90 Ғ немесе одан да көп бөлігі ЖҚК-ны және олардың компоненттері - байланыстырғыштар мен толтырғыштарды құрайды. Жалпы материалдардың қалған 10 : немесе одан аз бөлігін металл және ағаш материалдары құрайды . Бұл материалдар ЖҚК-ға ұқсас құрылымға ие. Олар кристаллдар жиынтығы түріндегі толтырғыштар мен аморфты зат саналатын байланыстырушылардан\ тұрады. Бүгінгі күнге дейін барлық белгілі және белгісіз ЖҚК-ларды екі түрге біріктіруге болады: байланыстырғыштың химиялық және физико-химиялық түрлендірулерінің әсерінен құрылымның түзілуі нәтижесінде салыстырмалы түрде төмен температурада пайда болатын күйдірілмеген, әсіресе ерітінділер күйінде (молекулалық және коллоидты,сұйық және қатты, сұйытылған және концентрацияланған); қатаюы негізінен конгломераттардағы байланыстырушы қызметін атқаратын отты - сұйық балқымаларды салқындату кезінде пайда болатын күйдірілген.Бұл екі түрдің бөлінуі шартты болып табылады, өйткені олардың арасында ерітінділер мен балқымалардай нақты шекараны қою қиынға соғады.Сондай-ақ ,екі типке де тән процесстердің тізбекті немесе параллельді біріктірулер кезінде қатаятын конгломераттар типі болуы мүмкін.Күйдірілмеген ЖҚК-лер басым жағдайға ие.Олардағы цементтейтін бөлік келесі байланыстырғыштарға бөлінеді: бейорганикалық,органикалық ( полимерді қосқанда), комплексті . ЖҚК массасы бойынша бөлуге болады (аса ауыр,ауыр,жеңіл,ұялы); өндірістік мақсаттары бойынша (құрылыымдық,жылу оқшаулағыш,гидротехникалық,химиялық төзімді,т.б.) және т.б. Құрылыс материалдарын өндіру мен пайдалануға байланысты процесстердің басым көпшілігі химиялық сипатта болады.Тұрғын үйлерді кірпіштен немесе бетоннан жасалған бұйымдардан тұрғызу үшін 1 м2 тұрғын үйге орта есеппен 300 кг байланыстырғыш материалдар жұмсалады. Байланыстырғыш материалдар қосылыстарының әр түрлі химиялық қасиеттерін қамтитынына байланыстыолардың көптеген жіктелімдері бар.Мысалға ,оларды топқа бөлуге болады:
Гетерогенді жүйелердің дисперсия дәрежесі бойынша (Н.Ф.Федоров)
Кристаллды-химиялық принципке сәйкес (Э.А.Эванс)
Қатаю кезіндегі химиялық және физикалық процесстердің айырмашылығы бойынша (В.Ф.Журавлев )
Бұл оқулықта біз қатаю жағдайына және қолдану саласына байланысты байланыстырғыш заттардың жалпы қабылданған бөлінуін қолданамыз.
Байланыстырғыш заттар туралы негізгі ақпараттар
Байланыстырғыш заттар туралы түсінік
Құрылыстық байланыстырғыш заттар - сумен араластырғанда пластикалық , жеңіл өңделетін масса түзетін , ұнтақ тәрізді материал, ол уақыт өте қатты тас тәрізді денеге айналады.
Құрылыс байланыстырғыштары шығу тегіне байланысты екі топқа бөлінеді:
Бейорганикалық (минералды) байланыстырғыш заттар;
Органикалық байланыстырғыш заттар, негізінде мұнай айдау мен таскөмір өнімдері (битумдар,шайырлар)
Ары қарай бейорганикалық байланыстырушы заттар қарастырылады.
Байланыстырғыш заттар негізінде құрылыста қолданылатын жасанды материалдар жасалынады.Құрылыста құрамына байланысты әр түрлі қоспалар қолданылады:
Цементті қамыр- байланыстырушы зат пен судың қоспасы;
Цемент тасы- қатқан цемент пастасы;
Ерітінді қоспасы-байланыстырғыш зат пен судың, майда толтырғыштың (құм) қоспасы;
Құрылыс ерітіндісі- қатқан ерітінді қоспасы;
Бетон қоспасы-байланыстырғыш зат пен судың,ұсақ және ірі толтырғыштардың (құм,қиыршық тас) қоспасы;
Бетон-қатайтылған бетон қоспасы;
Темірбетон- болат арматурамен біріктірілген бетон.
Байланыстырғыш заттардың классификациясы
Минералды байланыстырғыш заттар құрамына, қатаю жағдайына , қолдану аймағына байланысты жіктеледі.
Ең ауқымды тобын гидравликалық байланыстырғыш заттар құрайды,олар сумен араластырылғаннан кейін ауада аз уақыт қатайғаннан кейін судың астында беріктігі артады береді. Осы қасиетінің арқасында гидравликалық байланыстырғыш заттарды сулы ортада жер үсті және жер асты құрылыстарда қолданады.
Гидравликалық байланыстырғыш заттарға жатады:
Әкті: әлсіз гидравликалық,күшті гидравликалық;
Роман-цемент;
Портландцемент және оның түрлері (тез қататын ПЦ, пластифицирленген, гидрофобты, сульфатқа төзімді , экзотермиясы бар, декоративті және т.б.);
Пуцолланды (пуцолланды
ПЦ,әкті-пуцолланды ПЦ);
Қожды цемент (қожды ПЦ,әк-шлакты цементтер);
Глиноземді цемент;
Арнайы цементтер ( кеңейетін,қысылмайтын,ыстыққа және қышқылға төзімді цементтер,т.б.).
Ауалық байланыстырғыш заттарды сумен араластырғанда алынатын қамыр тек ауада ғана қатайтып, қатаю салдарынан пайда болған беріктігін сақтайды.
Бұл топқа жатады:
Әкті (сөндірілмеген әк, сөндірілген (гидратты) әк ,әк қамыры);
Гипсті (аз күйдірілген: құрылысты, қалыпталған, жоғары беріктікті гипс; жоғары күйдірілген: ангидридті байланыстырғыш,эстрих-гипс);
Магнезиалды байланыстырғыш заттар (каустикалық магнезит,каустикалық доломит);
Сұйық шыны.
2. Байланыстырғыш материалдарды өндіруге арналған шикізаттар
Байланыстырғыш материалдарды өндірудің негізгі материалы әр түрлі тау жыныстары мен қосымша шикізаттар болып табылады. Табиғи материалдарға жатады: негізінен сусыз кальций сульфатынан CaSO4 тұратын дигидрат кальций сульфатына CaS04::2H20 немесе ангидридке бай гипс тасы, карбонатты әктас, бор CaCO3, магнезит MgCO3, доломит MgCO3::CaCO3; сазды- СаСОз мен MgСО3 аз мөлшердегі саздар мен мергельдер.Оған құрамында алюминий оксидінің 70% және одан да көп болатын боксит жатады; кремнеземді-негізінен кремний оксидінен тұратын кварц құмы, диатомит, трепел және т.б.жатады.
Байланыстырғыш материалдарды өндіруге арналған шикізаттар диірмендерде ұнтақталады.Ұнтақтауды күшейту физико-химиялық әдістермен жүзеге асырылады,атап айтқанда ұнталған материал бөлшектерінің бір-біріне жабысып, диірмендердің қабырғаларына жабысып қалуына жол бермейтін ББЗ (беттік белсенді заттар) қолданады.
Екінші реттік шикізатты қолдану экономикалық тұрғыдан тиімді. Екінші реттік шикізат кейбір салалардың қосалқы өнімдері болып табылады (металлургия,энергетика,химия,т.б.) . Оларға қож ,күл, белсенді кремний және басқалары кіреді.Құрамы бойынша байланыстырғыш заттарға жақын және табиғи заттармен салыстырғанда химиялық белсенділігі жоғары болады.Олардың химиялық белсенділігі термиялық өңдеумен байланысты,осының нәтижесінде өндірістік қалдықтар шыны тәрізді (аморфты) күйге ауысады және артық энергия алады.
Минералды байланыстырғыш заттар өндірісінің дамуы туралы қысқаша ақпарат
Күйдірілмеген саз - адамдар қолданған алғашқы байланыстырғыш зат. Жасанды байланыстырушы құрылымдар - гипс пен әк , біздің дәуірімізге дейінгі 2000-3000 жылдары тау жыныстарын жағу нәтижесінде алынған. Ресейде байланыстырғыш заттар ежелгі уақытта қолданылған , ал Киевте әк 990 жылы қолданылған. XVIII ғасырдың соңы - XIX ғасыр басында байланыстырғыш заттардың өндірістік және қолдану тәжірибесі қарқынды жүйеленген.
Академик В. М. Севергиннің 1807 жылы жарық көрген еңбектерінде, кейбір байланыстырушы заттардың қасиеттері сипатталған. Шарлевилдің 1822 ж. шыққан еңбегі бір топ орыс ғалымдары жүргізген арнайы эксперименттердің нәтижелеріне арналған. Е. Челиеваның 1820 ж. шыққан кітабында әк пен саздың қоспасынан байланыстырғыш зат алу әдісі қарастырылған.
Бірінші дүниежүзілік соғысқа дейін Ресейде жылдық қуаты 1,6 миллион тонна цемент өндіретін 60 цемент зауыты болған.Әк пен гипстің көптеген кәсіпорындары салынды.
XIX ғ мен XX ғ басында Д. И. Менделеев бастаған орыс ғалымдары байланыстырғыштардың қасиеттерін зерттеуді жалғастырды. А.Р.Шуляченко (1841-1903) байланыстырғыштардың қатаю процесстерін зерттеп , 1901 жылы Цемент, оны өндіру және журналын құрды.
Н. Н. Лямин (1870-1912) цементтің теңіз суынан бұзылуы мен қатаюы аумағында физико-химиялық зерттеу жүргізді.
А. А. Байков, С. И. Дружинин, В. А. Кинд, В. Н. Юнг және т.б. ғалымдар байланыстырушы заттарды өндіру ғылымы мен тәжірибесіне көптеген үлестерін қосты. А. А. Байков байланыстырғыш заттардың қатаюы теориясын жасап, цемент бұзылуының себептерін зерттеді. С. А. Дружинин (1872-1935) цемент беріктігіне қоспалардың әсерін зерттеді.
В. А. Кинд портландцементтің минералдық құрамын есептеу әдісін ұсынды. В. Н. Юнг өз әріптестерімен бірге бірқатар цементтерді өндіру технологиясын жасады.
В. Ф. Журавлев силикаттардың, алюминаттардың, ферриттердің және Д. И. Менделеев жүйесінің II тобы металлдарының басқа қосылыстарының байланыс қасиеттерінің жұп және тақ қатарларында орналасуына байланысты периодтылығын белгілеген.П. П. Будниковтың гипсті байланыстырғыш заттарға арналған еңбектері белгілі.
Қазіргі уақытта ғалымдар цемент өнеркәсібінің дамуына ықпал ететін байланыстырғыш заттар саласындағы зерттеулерін жалғастыруда.
Болашақтың материалы болып компоненттері еш кемшіліктерсіз, бірқатар артықшылықтары бар біріктірілген конструкциялар саналады.
Құрылыс алаңдарында кейбір мәселелер тікелей шешіледі, мысалға, полимет-цемент композицияларын өндіруге және бетонды монолиттеу мәселелерін қарастыруға болады.
Бақылау сұрақтары
Қандай заттарды байланыстырғыш заттар деп атайды ?
Құрамына байланысты құрылыс ерітінділерін қалай атайды ?
Қатаю жағдайына байланысты байланыстырғыштар қалай жіктеледі?
Ауалық байланыстырушыларға қандай құрылыс материалдары жатқызамыз? Мысал келтіріңіз.
Гидравликалық байланыстырушыларға қандай құрылыс материалдары жатады? Мысал келтіріңіз ..
Байланыстырғыш заттар алуда қандай шикізаттар қолданылады?
Өндірістік қалдықтардың табиғи шикізатпен салыстырғанда қандай айырмашылықтары бар?
Қазіргі таңда қандай ЖҚК колданылады?
БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШ ЗАТТАРДЫҢ ФИЗИКО-ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШ ЗАТТАРДЫҢ НЕГІЗГІ ФИЗИКО-ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІНЕ ЖАТАДЫ: дисперсия, икемділік,қатаю қабілеті.
Дисперсиялылығы
Құрылыс материалдарын өндіру үшін қолданылатын байланыстырғыш заттардың белсенділігі жоғары болуы, яғни сумен белсенді әрекеттесуі керек.Гидравликалық белсенділік гетерогенді жүйелерге қолданылатын массаның әсер ету заңына сәйкес , бөлшектерінің мөлшері 1-ден 40 мк -ға дейін аралықта болатын байланыстырғыштардың дисперсия дәрежесінің жоғарылауымен өседі.Байланыстырғыш заттар химиясының негізін қалаушылардың бірі В. К. Дементьев 20 ғ. Басында дисперсия дәрежесінің артуымен құрылыс материалдарының беріктігінің өсетінін тәжірибе жүзінде растады. Оның айтуынша, ұсақ ұнтақталған цементтен алынған сынамалардың сығылу беріктігі үш жылдан кейін 420 кгсм[2],ал ірі цементтен небәрі 175 кгсм[2]-ге жеткен.Заманауи зерттеулер байланыстырғыштардың меншікті бетін 500-1000 см г - ге ұлғайтудың жеткілікті екендігін көрсетті, әсерінен бір күндік бетонның беріктігі екі еселенеді , бірақ жиырылуы күшейіп панельдерде жарықтар пайда болады.
Икемділік
Икемділік дегеніміз- сыртқы механикалық күш әсерінен деформациялану қабілеті және сыртқы әсер болмаған жағдайда берілген пішінін сақтау.
Байланыстырғыш заттардың сумен араласуы кезінде пайда болатын байланыстырушы қамырдың иілгіштігі судың беткі қабаттарының ерекшк қасиеттеріне байланысты.Байланыстырушы бөлшектерге тікелей жақын орналасқан судың қасиеттері кристалды күйдегісіне ұқсас.
Қабатының қалыңдығы микронның бірнеше фракциясына ие байланысты күйдегі су 1 см[2] -та бірнеше грамм қысымға төзеді. Жартылай қатты сулы қабықтар әрі байланыстырғыш , әрі жағар май болып табылады. Бұл қатты денелердің сырғып кетуіне және деформациялануына мүмкіндік береді. Пластикалық және жақсы қалыптасқан қоспаларды алу үшін байланыстырғышты араластыруға керек су мөлшерін көбейту керек. Алайда, байланыспаған су буланып, бос тесіктер түзеді , бұл материалдың беріктігі мен төзімділігін төмендетеді. Беттік белсенді заттардың көмегімен кристаллдардың пішіні мен өлшемін, меншікті бетінің ауданын және т.б. өзгерте отырып , қажетті судың мөлшері мен байланыстырғыш заттардың шығынын азайтуға және икемділігін сақтап қалуға болады.
Қатаю қабілеті
Байланыстырғыш заттарды қатайту процесі күрделі мәселелердің бірі болып табылады. Физика-химиялық процестердің нәтижесінде пластикалық байланыстырғыш қамыр қатты тас тәрізді денеге айналады. Қатаю процесі екі кезеңге бөлінеді: ұстасуы (қамырдың икемділігін жоғалту) және қатаю (беріктік жиынтығы). Бетон қоспаларын төсеу және тығыздау қоспасы әлі икемділігін жоғалтпаған кезде жасалады, сондықтан ұстасудың басталу және аяқталу уақытын ескеру қажет. Ұстасу ұзақтығы байланыстырғыш қамырдың құрылымын сипаттайды. Бірте-бірте материал қатайып, оның беріктігі артады. Қатаюдың үш түрі бар: гидратациялық, карбонатты, гидросиликатты.
Байланыстырғыш зат сумен әрекеттескенде пайда болатын гидратациялық қатаю механизмін қарастырыңыз. Сонымен, алғашқылардың бірі, Ле-Шательенің кристализациялық теориясы (1882 ж.) қатаюды қаныққан ерітіндінің түзілуіне және одан ылғалданудың кристалды өнімдерінің бөлінуіне әсерінің нәтижесі деп түсіндіреді.
Михаэлистің коллоидтық теориясына сәйкес (1892) су молекулалары біртіндеп бастапқы байланыстырғыш минералдардың кристалдық торына енеді. Бұл жағдайда пайда болған гельдер қатаяды, өйткені олар суды байланыстыру нәтижесінде дегидратацияланады. А. А. Байков (1923) қатаю процесін мына кезеңдер бойынша қарастырды: қанықтыру (дайындық), коллоидация және кристалдану.
Қанықтыру кезеңінде су қатты фазалардың шекарасында еритін байланыстырғыш бөлшектер қаныққан ерітінді түзеді және гидратацияланады.
Коллоидация кезеңінде бастапқы қосылыстарға қарағанда суда аз еритін гидраттық неоплазмалар қаныққан ерітінді түзеді. Қаныққан гель саналатын қаныққан ерітіндіден кристалды өскін баяу шығарылады. Сонымен қатар, гель сусызданады және босаған су бастапқы байланыстырғыштың бөлшектерін ылғалдандырады. Кристалдану кезеңінде түпкілікті қатаюмен қатты тас тәрізді дененің пайда болады. Үш кезең де бірінің артынан бірі жүрмейді, бірақ бірін-бірі қабаттастырады. Төменде әк-құм қоспаларын автоклавтау кезеңінде пайда болатын ауа гидратталған әк үшін карбонатты қатайту және гидросиликатты қатайту туралы айтылады.
Қазіргі уақытта рентгенография, электронды микроскопия және т.б. сияқты жаңа зерттеу әдістерінің пайда болуымен қатаю процесі күрделірек саналады. Алайда, осы уақытқа дейін қатаюдың бірыңғай теориясы жоқ. П.А. Ребиндер және оның қызметкерлерінің құрылымның физика - химиялық негіздеріне арналған жұмыстары маңызды саналады.
Термодинамикалық тұрғыдан алғанда, байланыстырғыштар артық бос энергияға ие және суда өздігінен энергияның аз қоры бар гидратациялық неоплазмаларға өтеді. Термодинамика реакция жолына қарамастан жүйенің бастапқы және соңғы күйін ескереді.
Қатаю кинетикасы
Байланыстырғыштар қатайған кезде судағы зат концентрациясының (иондар түрінде) өзгеру кинетикасы үлкен теориялық және практикалық қызығушылық тудырады, өйткені ол қатаю процесін қай кезеңде және қай уақытта анықталатындығына мүмкіндік береді. Осы кезеңді жеделдету арқылы қатаю процесін тездетуге болады.
Тұтқыр заттың гидратациялық қатаюымен бастапқы фазаның еруі және соңғы фазаның берілген ерітінділерінен кристалдануы келесі схема бойынша жүреді:
А Б В,
Мұнда А-бастапқы зат; Б - суда еритін заттың иондары; в - гидраттық неоплазмала новообразования. Байланыстырғыштың қатаюы кезінде талаптардың концентрациясының өзгеруінің кинетикалық қисықтары байланыстырғыштың түріне байланысты емес және ол 2.1. суретте көрсетілген.
сурет 2.1. . Мономинералды байланыстырғышты гидратациялау кезіндегі концентрацияның өзгеруінің кинетикалық қисықтарының сипаты (1 және 1'), оның неоплазмаларының кристалдануынсыз еруі (2), ерітіндіні толтырмай кристалдау (3)
Максималды қисық 1 ' температура жоғарылаған кезде солға, төмендеген кезде оңға қарай жылжиды. Кристалдану болмаған кезде процесс 2 қисығын білдіреді. Иондарды байланыстыру және кристалдану кезінде олардың кинетикасы 3 қисық сызықтан шығады 3. 2 Қисықтағы максимум байланыстырғыштың еруі жаңа фазаның пайда болуы үшін қажет болғаннан гөрі сұйық фазаға көбірек заттың енуін қамтамасыз ететіндігін көрсетеді.
3 қисығындағы максимумның оң жағында еритін байланыстырғыш кристалдануға кеткен заттың мөлшерін толығымен толтыра алмайды. Максимум 3 нүктесінде байланыстырғыштың еруіне байланысты заттың сұйық фазаға жалпы түсуі мен кристалдану кезінде шығаруы арасындағы теңдік байқалады.
Ерітілген байланыстырғыш заттың мөлшері мен ерітіндідегі және одан неоплазмалар түрінде түскен заттың мөлшері арасындағы теңгерім (сусыз заттарға қайта есептегенде) формуламен көрсетіледі:
::m 1 + :: m 2 + c:: = con st ,
мұндағы cτ - уақыт аралығындағы байланыстырғыштың концентрациясы,
∆mi=m1-m1.0; ∆m2=∆m2-m2.0; m1және m2 - сәйкесінше гидраттың тұтқыр және жаңа фазаларының массасы ;
m1.0, m2.0 - тәжірибенің басында бірдей.
Бастапқы және соңғы өнімдердің мазмұны, сондай-ақ ерітіндінің концентрациясы сәйкес өзгереді 2.2.суретте
Сур. 2.2. Типтік кинетикалық қисықтарда бастапқы заттың кемуі (1), Жаңа қосылыстың пайда болуы (2) және ерітіндідегі зат концентрациясының өзгеруі (3)
тұтқырдың гидратациясының дәйекті реакциясы үшін
3.Байланыстырғыштардың ерігіштігі
Гидратацияның қатаю процесі екі кезеңнен тұрады: бастапқы заттардың ерітіндісі және гидраттар түрінде қосылыстардың бөлінуі. Процесс қатты заттардың еруі сияқты, материалдың дисперсиясының жоғарылауымен, яғни, байланыстырғыштардың ұнтақталуының жоғарылығымен және температураның өсуімен жеделдетіледі.
Көптеген байланыстырғыштар аз ериді және ерітіндіде иондарға ыдырайды: Са[2+], Al[3+], SiO [2-], SO [2-], АlO және т. б., олар суда гидраттанады немесе бір уақытта гидратациямен гидролизденеді (Al[3+], SiO 2- ,А1О-2 иондары).
Байланыстырғыштың ерігіштігі деп белгілі бір жағдайларда метастабильді қатты фазамен теңдікке сәйкес келетін ерітіндідегі заттың мүмкін болатын ең жоғары концентрациясымен түсіндіріледі.
Кейбір тұтқыр заттар мен олардың гидратация өнімдерінің ерігіштігінің экспериментті табылған мөлшері 1-кестеде келтірілген.
Байланыстырғыштар және олардың гидратация өнімдерінің ерігіштігіКесте 1
зат
Температура,°С
Ерігіштігі,мольл
Гипс CaS04 :: 2Н20
20
0.0153
40
0.0154
кальций сульфатының жартыгидраты
20
0.06
CaSO4 :: 0.5H2O
40
0.05
60
0.04
үшкальцийлі алюминат
20
0.0071
ЗСаО :: Аl203
40
0.0076
60
0.0078
үшкальцийлі силикат ЗСаО Si02
10
0.0015
20
0.0015
Екікальцийлі силикат 2СаО Si02
20
0.0011
40
0.0012
Гиллебрандит 2CaO :: Si02 ::aq
20
0.0001
Ксонотлит CaO :: SiO2 ::aq
25
0.0002
Тоберморит 5CaO :: 6SiO2 ::aq
25
0.0002
Кестеге сәйкес, байланыстырғыштардың ерігіштігі осы жағдайларда термодинамикалық тұрақты неоплазмалар ерігіштігінен асып түседі, сондықтан еріту процесі температураның жоғарылауымен өздігінен жүреді, ал жүйенің бос энергиясы төмендейді.
Кейбір байланыстырғыштарда, мысалы CaSO4 :: 0,5H2O, ерігіштігі-
температураның жоғарылауымен төмендейді , бұл олардың гидратациялық қатаюының процестерін талдау кезінде ескерілуі керек. Ерітілген байланыстырғыштар кристалданып, жоғары дәрежелі гидратты неоплазмаларға айналады.
Неоплазмалардағы байланыс сипаты
Тұтқыр заттың қатаю процесінде жаңа құрылымдар пайда болады, оларды П. А. Ребиндер келесідей бөледі:
1) Коагуляциялық құрылымдар. Олар молекулааралық өзара әрекеттесу күштеріне байланысты пайда болады және тиксотропия мен жоғары майысатын қасиеттерге ие. Коагуляцияның беріктігі аз,сондықтан олардың қасиетін ББЗ-мен жақсартуға болады.Коагуляциялық құрылымдардың қалыптасу кезеңінде тығыздап жасау тиімді, өйткені бұл ең аз энергияны қажет етеді.
2) Шартты-коагуляциялық құрылымдар. Олар механикалық тоқудың арқасында "құйрық" немесе арасында сұйық қабат жоқ ұзартылған пішінді бөлшектердің "киізі" түрінде пайда болады. Бұл құрылымдардың беріктігі суланғанда төмендейді, содан кейін екінші рет кептіру арқылы қалпына келтіріледі. Гипске ұқсас құрылымға ие.
3) Кристалдану құрылымдары. Олар тиісті гидраттардың кристалдарының химиялық әрекеттесуі кезінде пайда болады, майыспайды және қайтымсыз жойылады.
Алдымен байланыстырғыш коагуляциялық құрылымға ие болады, содан кейін қатаю процесінде шартты коагуляциялық және кристалдану құрылымдары пайда болады. П.А. Ребиндер, Е. Е. Сегалова, а. ф. Полак және т. б. мәліметтері бойынша кристаллизациялық құрылымның беріктігі екі түрлі әсер ететін процестердің нәтижесі болып табылады: кристаллизациялық байланыстардың пайда болуына байланысты беріктіктің жоғарылауы және ішкі кернеулердің дамуына байланысты беріктіктің төмендеуі. Ішкі кернеулер үлгілердің тығыздығының жоғарылауымен, кернеудің жоғарылауымен және кристалдану байланыстардың санының өсуімен пайда болады.
1 Тиксотропия-құрылымды бірнеше рет қайтымды қалпына келтіру
Сонымен, тұтқыр материалдың беріктігі оның тығыздығына, химиялық-минералогиялық құрамына, Ішкі кернеулерге және неоплазмалардың кристалдану кинетикасына байланысты.
Неоплазмалардың кристалдануымен қатар, қайта кристаллизациялану бірдей химиялық құрамы мен модификациясының үлкендерімен салыстырғанда ұсақ кристалдардың үлкен ерігіштігіне байланысты жүреді. Қайта кристалдану процесі жүру керек, өйткені бос беттік энергияның артық мөлшері бар ұсақ кристалдар осы энергияның арқасында іріленуге бейім. Қайта кристалдану процесі материалдың беріктігін төмендетеді, бұл қоспаның тығыздалуына кедергі келтіруі мүмкін. Байланыстырғыш материалдың механикалық беріктігі, сонымен қатар, бастапқы байланыстырғыш пен агрегат құрылымының ақауларына, олардың арасындағы байланыстарға байланысты.
Байланыстырғыш заттарға арналған қоспалар
Құрылыс материалдарының сапасы мен қасиеттерін әртүрлі қоспалармен жақсарады. Шартты түрде қоспалар жіктеледі:
А) Байланыстырғыштардың ерігіштігін өзгертетін және олармен химиялық реакцияға түспейтін қоспалар.
Бұған калий мен натрий тұздары (хлоридтер, сульфаттар, нитриттер) жатады, олар цементтің силикатты компоненттерінің қатаюын тездетеді, ерітіндінің иондық күшінің өзгеруіне байланысты олардың ерігіштігін арттырады. Кальций хлоридтері мен нитраттары, керісінше, байланыстырғыштардың ерігіштігін төмендетеді, нәтижесінде неоплазмалардың кристалдану жылдамдығы артады.
Б) Қиын еритін немесе аз диссоциацияланатын қосылыстар түзе отырып байланыстырғыштармен әрекеттесетін қоспалар.
Б тобының қоспалары (қышқылдар, нитриттер, алюмосиликаттар, натрий фторидтері, хлоридтер, сульфаттар, кальций нитраттары) ортаның рН өзгеруі мен қос гидрат тұздарының кристалдануы арқылы байланыстырғыштардың қатаюын тездетеді:
Ca(NО3)2+3CaO::A12О3 +10Н2О=ЗСаО::А12О3::Са(NO3)2::10Н2О
қоспа цементті кальций
компонент гидронитроалюминаты
Бірнеше қоспалардың болған жағдайда негізінен ең жоғары қанықтылыққа ықпал ететін және максималды жылдамдықпен кристалданатын , цемент компоненттерімен қосылып қиын еритін тұздарды құрайтын қоспаның әсері көп болады. Қалған қоспалар, мысалы, хлорид немесе кальций нитраты, А тобының қоспалары сияқты силикат компоненттерінің қатаюын тездетеді. В тобының қоспалары тұтқыр заттардың тығыздалуына, олар арқылы сұйықтықтар мен газдардың сүзілуі мен диффузиясын азайтуға ықпал етеді.
В) Дайын кристалдану орталықтары болатын қоспалар. Тұқымдық қоспалар арзан және күшті қатайтқыштар ретінде қолданылады. Олардың тиімділігі нақты тығыздықтың жоғарылауымен артады. Қоспаның мөлшері әдетте цемент салмағының 3-5% құрайды және эксперименталды түрде орнатылады.
Г) Астыққа адсорбцияланатын қоспалар - беттік-белсенді заттар (ББЗ)
Басқа қоспалардан айырмашылығы, беттік-белсенді заттар байланыстырғыштардың қатаюын баяулатады,бірақ оларды пластификациялайды,гидрофобтайды және ауа арналарымен әсер етеді. . Беттік-белсенді зат полярлы емес органикалық радикалдан және полярлы функционалды топтан тұрады, -- SО3H, -- СООН, -- СООМе. Поляр топтары байланыстырғыштардың дәндерінде адсорбцияланып, оларда мономолекулярлық пленкалар жасайды. Нәтижесінде дәндер арасындағы ішкі үйкеліс коэффициенті төмендейді және міндетті материал пластификацияланады. Сонымен бірге, байланыстырғыштың шығындары 8-10% -ға азаяды да, беріктігі, аязға төзімділігі, жетіспеушілігі артады.
Ауа шығаратын қоспалар (ССБ-сульфитті-спиртті барда, текше қалдықтары - көміртегі атомдарының саны 18-ден асатын карбон қышқылдары, олардың сабындары, мысалы, кальций тұздары, сабынафт және т.б.) араластыру кезінде ауа көпіршіктерін ұстап, қоспаның аязға төзімділігі мен қозғалғыштығын арттырады.
Гидрофобтандыратын қоспалар (ГКЖ-94 типті кремнийорганикалық қосылыстар - гидролизденген этилдихлорсилан, ГКЖ-10, ГКЖ-11 - метилэ - тилсиликонаттар натрийі) сулануға кедергі келтіреді, қатаю және қатаю процестерін баяулатып пластификациялайды. Гидрофобтылық молекулалардың полярлы емес топтары сыртқа, ал полисилоксан ( -- О -- Si -- О - ) байланыстырғыш бөлшектерге қарайтындығымен түсіндіріледі. Қазіргі уақытта күрделі қоспалы кейбір заттардың теріс әсері басқа қоспалардың оң қасиеттерімен өтелетіндей етіп қолданылады.
Бақылау сұрақтары
1. Қандай процестердің нәтижесінде пластикалық байланыстыру қамыры тасты қамырға айналады?
2. Гидратациялық қатаю процессі қандай кезеңдерден тұрады?
3. Неліктен байланыстырғыштар өздігінен гидратты неоплазмаларды сумен құрайды?
4. Байланыстырғыштардың ерігіштігі деп нені атайды?
5. Байланыстырушы заттардың ерігіштігіне қандай факторлар әсер етеді?
6. Қатаю процесінің кинетикасы қандай?
7. Байланыстырушы заттарды қатайту процесінде қандай құрылымдар пайда болады?
8. Коагуляция , шартты коагуляция және кристалдану құрылымдарында бөлшектердің өзара әрекеттесуінің қандай күштері пайда болады?
9. Қандай қоспалар байланыстырғыштардың ерігіштігін өзгертеді?
10. Тұтқыр заттармен еритін немесе төмен диссоциацияланатын қосылыстар қандай қоспаларды құрайды?
11. Тұқымдық қоспалар добавки- затравки байланыстырғыш заттардың қатаюына қалай әсер етеді?
12. Байланыстырушы заттар түйіршіктерінде қандай қоспалар адсорбцияланады және олардың рөлі қандай?
3. ӘК ЖӘНЕ ГИПСТЫ БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШТАР
Әк алу
Әкті шөгінді кальций-магний жыныстарынан күйдіру кезінде алынады. Осы типтегі байланыстырғыштар ауалық қатаюымен сипатталады, бірақ шикізатта қышқыл қоспалар болған кезде, мысалы, сазды қосылыстар, гидравликалық зат алынады . Әк түзілу процесі СаСО3 СаО + СО2 қайтымды: 1 атм.-нан жоғары қысымда тұйық жүйеде көмірқышқыл газымен құрылып, баяулайды және қарсы бағытта ағады. Мұндайда көмірқышқыл газын шығару қажет. Температураның жоғарылауымен тұйық жүйеде кальций карбонатының ыдырауы артады , сонымен бірге көмірқышқыл газының мөлшері артып, ыдырау температурасы жоғарылайды (3.1-сурет). CaCO3 вакуумда 600 ° C температурада ыдырай бастайды, сондықтан өнеркәсіптік қондырғыларда күйдіру 1000-1200 ° C температурада жүзеге асырылады. 1 кг әкті жағу үшін 101,6 кДж қажет. Жалпы материалдың көлемі 12-16% -ға азаяды. Теориялық тұрғыдан көміртегі диоксидінің бөлінуіне байланысты бастапқы әктастың көлемі шамамен 2 есеге азаюы керек. Кальций карбонатының күйдіргенде кеуекті материал түрінде кальций оксиді алынады. 900 ° C-тан төмен температурада күйдірілген өнім өте ұсақ кристалдары бар ақаулы құрылымға ие болады. Температураның жоғарылауымен қайта құрылымдану жүреді, бұл көлемдік тығыздығы мен кристалдардың өсуімен, және меншікті беттің ауданы мен кеуектіліктің төмендеуімен жүреді, 3.2.суретте көрсетілген.
Сурет. 3.1. СаСО3 ыдырау температурасының қоршаған ортадағы СО2 парциалды қысымына тәуелділігінің графигі.
Таза әктасты жағу кезінде энергия қоры мол өнім түзіледі. Құрамында саз қоспалары бар жыныстардан, негізінен, алюминий гидросиликаттары, мысалы, каолинит - Al2O3 * 2SiO2 :: 2H2O, күйдіру температурасы 1200 ° С-тан жоғары болған кезде, неғұрлым инертті ірі кристалды әк түзіледі. Қатты күйде сілтілі (MgO, CaO) және қышқыл оксидтері арасында әрекеттесу болуы мүмкін. Кристалл торының бөлшектері (иондар, атомдар, молекулалар) қыздырылған кезде қозғалады және жоғары жылдамдық; уақыт бірлігіндегі неоплазмалардың саны дисперсия дәрежесіне тура пропорционал болады.
Сур. 3.2. Әк қасиеттерінің кальций карбонатының күйдіру температурасына тәуелділігінің графиктері: 1 - көлемдік тығыздық, 2 - кристалл мөлшері, 3 - кеуектілік, 4 - меншікті беттің ауданы.
Қатты күйде жүретін реакциялар (1000-1200 ° C) негізінен алюминат пен кальций силикатының төмен негізді қосылыстарының түзілуіне әкеледі: CaO :: AlO3 және 2CaO :: SiO2.
1200 ° C температурада қосылыстар әкпен қаныққан және жоғары негізді алюминаттар алынады: 2СаО::7А12О3, ЗСаО::А12О3 типіндегі жоғары негізді силикаттар қатты фазалы реакциялар кезінде түзілмейді.
Әк негізіндегі байланыстырғыш заттар
Жанған әкті сөндіру немесе ұнтақтау арқылы ұсатады. Ауа әгіне мыналар жатады: сөндірілмеген әк кесегі, сөндірілмеген ұнтақты, гидратталған (үлпілдек), әк қамыры, карбонатты әк. Кесектелген әктас құрамында бос кальций мен магний оксидтері бар, ал карбонат, алюминат, кальций магний феррит қоспалары жоқ. Бұл әртүрлі мөлшердегі кесектердің ұсақ бөлшектермен араласуы.
Сөндірілмеген әк ұнтағы - ұнтақтың ұсақ өнімі кесек әк. Гидратталған әк -әктастың гидратациясы (сөндіру) арқылы алынған ұсақ дисперсті құрғақ ұнтақ. Негізінен гидратталған әк кальций мен магний гидроксидтерінен тұрады. Әк қамырында 50-55% кальций мен магний гидроксиді және 45-50% механикалық және адсорбтивті байланысқан су бар.Әк қамыры - бұл пластикалық масса. Карбонатты әк - құрамында бос кальций мен магний оксидтерінің мөлшері 30% кем емес, сөндірілмеген әк пен әк-магнезияның ұнтақты қоспасы. Әктің белсенділігі оның құрамындағы бос кальций мен магний оксидтерінің мөлшеріне байланысты. Олардың мөлшері көп болса, әк сапасы соғұрлым жоғары болады. 1-сұрыпты әк кезінде оксидтер кем дегенде 85%, 2-ші сорт - 70% кем болмауы керек.
Әкті байланыстырғыш заттардың ылғалдануы және қатаюы.
Кесектелген әк-жартылай өнім болып саналады. Құрылыста, әдетте, сөндірілген күйде қолданады. Ерітуге арналған гидратацияның физико-химиялық процесі бастапқы заттың еруінен және оның сумен әрекеттесуінен тұрады:
CaO + H2O = Ca (OH) 2 + 65,3 кДж.
Қалыпты температурада әк суда аздап ериді (20 ° C температурада 0,022 г л). Оның ерігіштігі температура жоғарылаған сайын төмендейді. Өңдеудің оңтайлы температурасы 50-80 ° C (50 ° C кезінде әктің ерігіштігі 0,917 г л, 80 ° C - 0,657 г с).
Кальций гидроксиді - гидратация реакциясы қайтымды процесс болып табылады, оның бағыты қоршаған ортадағы су буының температурасы мен парциалды қысымына байланысты. Бұл жағдайда әктас бөліктері өздігінен 5-20 мкм-ден аспайтын ұсақ бөлшектерге ыдырайды.
Сөндіру жылдамдығы бойынша әк тез сөндірілетін (20 минутқа дейін) және баяу сөндірілетін (20 минуттан жоғары) болып бөлінеді. Сөндіру жылдамдығы - бұл әктас ұнтағын сумен араластырғаннан бастап, максималды температураға жеткенге дейінгі уақыт. Сұйық әк гидратациясы белгілі бір хлоридтерді (0,2-1% CaC12, NaCI және т.б.) енгізу арқылы жеделдетілуі немесе сульфаттардың (CaSO4, Na2SO4 және т.б.), беттік активті заттардың (SSB, mylonft және т.б.) көмегімен баяулауы мүмкін. Теориялық тұрғыдан әк сөндіру үшін CaO салмағына 32,13% су қажет .Іс жүзінде судың мөлшері 2-2,5 есе артады, өйткені судың бір бөлігі сөндіру кезінде буланып кетеді, ал бір бөлігі пайда болған Са(ОН)2.суландыруға жұмсалады. Уақыт өте келе ерітінді құрғайды және күшті құрылымға бірігіп өсетін Са (OH) 2 кристалдарын шығаратын әк қатаяды. Коллоидты мөлшердегі ерімейтін бөлшектер капиллярлық күштердің әсерінен пайда болады. Ауаның көмірқышқыл газы есебінен Са (OH) 2 карбонизациясы жүреді, бұл материалдың тығыздалуына да ықпал етеді:
Са(ОН)2+СО2+nН2О = СаСО3 + (n+1)Н2О
Құрғақ ортада карбонизациялау мүмкін емес: ылғалдың көптігі кезінде процестің жылдамдығы төмендейді, өйткені Ле Шателье принципіне сәйкес жүйеден су шығарылған кезде көміртек пайда болады.
Әк-құм қоспаларында кальций гидроксиді кремний диоксидімен әрекеттесіп, өнімнің жоғары беріктігін анықтайтын кальций гидросиликаттарын түзеді. Автоклавты өңдеу кезінде әк гидросиликатты қатаюы келесі схема бойынша жүреді:
Ca(OH)2+SiО2 +nH2О = CaO::SiО2::(n+l)H2О
Қалыпты жағдайда бұл процесс жүздеген жылдарға созылады. Ауа әгі гидравликалық әкпен салыстырғанда берік , бірақ иілімділігі аз. Оны құрамында 6-дан 20% дейінгі балшық бар (900 ° -1100 ° C) әктастарды күйдіру арқылы алынады. Нәтижесінде түзіледі: силикаттар (2CaO :: SiO2), алюминаттар (СаО::Аl2О3 , 5СаO::ЗАl2O3), ферриттер (2CaO::Fe2О3), олар әктің судағы беріктігін сақтап, қатаю кезінде гидратталады.
Әкпен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік ережелерін есте сақтау керек, өйткені кальций гидроксиді - бұл күшті негіз.
Әк байланыстырғыштарын қолдану.
Әк жергілікті байланыстырғыш зат болып табылады, сондықтан құрылыста кең қолданылады. Ауа әгінен алынады: ғимараттар мен сылақтардың жер бөлігіне арналған ерітінділер, төмен маркалы бетондар ,жер үсті құрылымдары үшін тығыз және ұялы силикат бұйымдары, блоктар, панельдер, әк түсті композициялар және т. б. Гидравликалық әк гипс пен кірпіш ерітінділерін, аралас цементтерді және т. б. жасау үшін ауалық әкпен бірге қолданылады.
Гипстің модификациясы
Гипсті байланыстырғыш заттар өндіруге арналған шикізат - табиғи гипс CaSО4::2H2О, ангидрит CaSО4, сазды гипс және кейбір өндірістік қалдықтары CaSО4::2H2О қабатты құрылымға ие. Жеке қабаттар сыртқы беттерінде су молекулалары бар SО [2-] және Са[2+] -дан тұрады.Әрбір су молекуласы кальций иондарымен және сульфат ионының оттегімен, сондай-ақ көрші қабаттың оттегімен байланысты. Ең әлсіздері - О-Н::::::О байланыстары. Қыздырған кезде су буланып, иондардың координациясы бұзылып, гипстің құрылымы метастабильді (тұрақсыз) болады.
Температураның жоғарылауымен гипстің ерігіштігі алдымен суретке сәйкес артады, содан кейін азаяды. 3.3.сурет
Сурет. 3.3. CaSО4::2H2О ерігіштігінің температураға тәуелділігінің графигі.
107 ° C-та қарқынды жүретін дегидратация (дегидратация) кезінде гипс гемигидратқа (а немесе b) айналады. 200 ° C-тан жоғары қыздыру кезінде гемигидрат сусыз модификацияға - ангидритке айналады. Эндотермиялық дегидратация реакциялары келесідей жүреді (шартты температура 25 ° C):
CaS04::2H2О = CaSO4::0,5H2О(α)+1,5Н2О-17,17 кДж
CaSО4::2H2О = CaSO4::0,5H2O(β)+l,5 Н2О-19,23 кДж
CaSО4::2H2О = CaSО4 +2Н2О-16,87 кДж
Гипсті термиялық өңдеу 140-190 ° C температурада жүзеге асырылады. Қалыпты қысым мен 107 ° C кезінде β - CaSO4:: 0,5H2O .жартыгидрат түзіледі; 1,3 атм қысыммен. және 115 ° C, α -CaSO4:: 0,5H2O жартыгидрат түзіледі. β - модификациясы айқын емес шеттері бар және тығыздығы 2,67 -2,68 г см3 ұсақ кристалдардан тұрады, су өткізгіштігі жоғарылаған.
α - форма ине немесе призма түріндегі үлкен кристалдардан тұрады, тығыздығы 2,72-2,73г см3 және судың төмендеуі мен беріктігінің жоғарылауы бар. α - жартыгидрат кристалдары энергия қоры төмен, сондықтан реактивті емес. β - CaSO4:: 0,5H2O төмен температурада α-формасына қарағанда жақсы ериді.
Температура көтерілген сайын гипстің қасиеттері өзгереді. α- форма 200-210 ° С-та сусыздандырылады, β - пішін 170-180 ° С-та сусыздандырылады, бірақ құрылым өзгермейді. Алынған өнімдер тұрақсыз және ауадағы бастапқы заттарға айналады. Гипсті 450 ° С-тан жоғары қыздырғанда, ерімейтін ангидрит CaSO4 түзіледі, ол 750-1000 ° C температурада CaO және SO3-ке ыдырайды.
Гипс сорттарының химиялық құрамы Кесте 2
Гипс түрлері
Массалық үлесі, %
CaO
SO3
H2O
CaSO4· H2O
32,56
46,51
20,93
CaSO4· 0,5H2O
38,63
55,16
6,21
CaSO4
41,12
58,88
-
Гипс негізіндегі байланыстырғыш заттар
Гипсті байланыстырғыш заттар екі топқа бөлінеді: төмен күйдірілген және жоғары күйдірілген. Төмен күйдірілген немесе гипсті байланыстырғыштарды 110-180 ° C температурада алады. Олар негізінен CaSO4::0,5H2O гемигидраттан тұрады және жылдам қатаюымен ерекшеленеді (гипс, қалыптау, беріктігі жоғары және т.б.). Жоғары күйдірілген немесе ангидрит байланыстырғыш заттар 600-900 ° С температурада алынады. Олар CaSO4 ангидритінен тұрады және баяу қатаюымен сипатталады (ангидрит цементі және гипстриант).
Сонымен қатар, гипс негізінде күрделі байланыстырғыш заттар алынады: гипс-әктас, гипс-саз, гипс-цемент пуццоланикалық және т.б.
Құрылыс гипсі (β - CaSO4::0,5H2O) гипс тасты алдын ала немесе кейінгі ұнтақтаумен термиялық өңдеу арқылы алынады. Бұл ең жылдам ұстасатын байланыстырғыш. Құрылыс гипсі сылақ үшін, плиталар, қалқалар, жасанды мәрмәр, декоративті бұйымдар жасау үшін ерітінді ретінде қолданылады.
Қалыптау гипстің құрылыс гипстен ұнтақтылығымен, химиялық және минералогиялық құрамның біркелкілігімен, беріктігімен айырмашылық жасайды . Ол құрылыс, керамика, машина жасау және басқа салаларда формалар, модельдер алу үшін қолданылады.
Жоғары беріктік гипс (α - CaSO4::0,5H2O) α - пішінінің арнайы кристалды түрленуіне байланысты кем дегенде 250-300 кг см2 қысу беріктігімен сипатталады. Ангидрит цементі CaSO4 белсенділігі төмен, оны 450-750 ° C табиғи CaSО4::2H2О. күйдіру арқылы алады. Ангидрит цементіне арналған активатор ретінде әк, түйіршікті қож, жартылай сулы гипс және т.б. қосылуы мүмкін. Жоғары күйдіру температурасында (800-1000 ° C) катализаторсыз қатаятын байланыстырушы зат алынады.
Ангидрит цементі қабаттасқан едендерді, органикалық және бейорганикалық толтырғыштары бар жеңіл бетондарды, ауыр бетондарды және т.б. салу үшін қолданылады.
Эстрих-гипс 800-1000 ° C температурасында табиғи гипстен алынады. Эстрих-гипс реакцияға сәйкес күйдіру кезінде гипстің кокспен тотықсыздануына байланысты ангидрит бөлшектерінің бетінде түзілген СаSO4 және СаО-дан тұрады:
CaSО4+C = СаО + SО2 + СО
.
Ол басқа байланыстырғыштардан суға төзімділігі мен аязға төзімділігімен ерекшеленеді. Эстрих-гипс жылу және дыбыс өткізгіштігі төмен едендерде, плиткаларды қаптау және т.б. үшін қолданады.
Гипсті және гипсті байланыстырғыш заттардың қатаюы.
Жартылай сулы гипс (CaSO4::0,5H2O ) CaSO4::2H2O торынан судың бөлінуіне байланысты белсенді учаскелері бар ақаулы құрылымды құрайды. Осының арқасында ол сумен белсенді әрекеттесіп, тұрақты дигидрат түзеді: :
2(CaSO4::0,5H2O) + 3H2О 2(CaSО4::2H2О)
- бұл гипстің қатаюы кезінде пайда болатын негізгі реакция.
CaSО4::2H2О ерігіштігі CaSО4::0,5H2О - ке қарағанда аз; O (кесте 1), сондықтан қатты қаныққан ерітінді түзіледі, одан CaSО4::2H2О қатты күйінде тұнбаға түседі. Гидратация реакциясының механизмі әлі толық анықталмаған. П.А.Ребиндер, Е.Е.Сигалова, В.В.Ратинов және басқалардың еңбектеріне сүйене отырып, кристалдану механизмі бойынша CaSО4::0,5H2О - де гидратациялануы мен қатаюы орын алады деп болжауға болады.
Қату процесін кейбір заттар баяулатуы мүмкін, мысалы, жануарлардың желімі, гипс бөлшектеріне адсорбцияланып, бастапқы компоненттердің ерігіштігін төмендететін ССБ.
Бақылау сұрақтары
1. Әк қандай жыныстардан алынады?
2. Әк түзілу процесі дегеніміз не?
3. Ауа немесе гидравликалық байланыстырғыштар әк байланыстырушы ма?
4. Тәжірибеде ауа әкінің қандай түрлері қолданылады?
5. Бірінші сұрыпты әк пен екінші сұрыпты әк арасындағы айырмашылық неде?
6. Бұлар қалай жүреді: а) әк гидратациясы; б) сөндірілген әктің көмірқышқылдануы,
ә) Гидратталған әктің гидросиликатты қатаюы? Реакция теңдеулерін жазыңыз
7. Әк неге құрылыста кеңінен қолданылады?
8. Гипсті байланыстырғыш заттар қандай шикізаттан алынады?
9. Гипс дигидратының дегидратациясы қалай жүреді? Реакция теңдеулерін жазыңыз
10. Қандай қасиеттерге а сипатталады? Жартылай сулы гипстің формасы?
11. Гипсті байланыстырғыштардың қандай түрлері аз тұтқыр байланыстырғыштарға жатады?
12. Гипсті байланыстырғыштардың қандай түрлері жоғары күйдіріледі?
13. Гипсті қатайту кезіндегі негізгі реакция қандай?
4. ЦЕМЕНТ МАТЕРИАЛДАРЫ
Құрамына байланысты цементтердің байланыстырғыштық қасиеттері:
Цемент табиғи саз және әктас жыныстарынан, мергельдерден және өндірістік қалдықтардан алынады.
Алу процесі келесідей: шикізатты ұсақтау, араластыру, оның компоненттерін өңдеу, клинкерді күйдіру және қалыптастыру, әртүрлі заттарды қоса отырып салқындату және ұнтақтау. Клинкер-бөлшектердің мөлшері 4-20 мм болатын түйіршікті масса.
Цементтің қасиеттері мен мақсаты оның құрамымен анықталады.
В. Ф. Журавлевтің заңдылығына сәйкес А12О3 , Сr2О3, Mn2О3, Fe2О3, SiО2 оксидтері және басқалары Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінің жұптық қатарларының сілтілік-жер металл оксидтерімен жабысқан кезде байланыстырғыш заттар түзіледі.
Тақ қатардағы элементтердің оксидімен қосылыстар байланыстырғыштық қасиетке ие емес. Иондық радиусы R 0,103 мм болатын төмен негізді силикаттарда, станниттерде, кальций, барий, калий және стронций хроматтарында тұтқыр қасиеттердің болмауы кристаллохимиялық құрылымның ерекшеліктерімен түсіндіріледі. Иондардың бұрмаланған координациясы және бұзылған байланыстары бар ақаулы құрылымдар термодинамикалық тұрақсыз болады.
Клинкер минералдарының ылғалдануының және байланыстырғыштық қасиеттердің пайда болуының себебі ,олардың сумен әрекеттесу кезінде тепе-теңдік күйіне ауысуы болып табылады. Аяқталған құрылымды құрылымдар минималды энергияға ие және суда инертті болып табылады.
Цемент негізінен әртүрлі қатынастардағы кальций оксидімен байланысқан алюминий, кремний, темір оксидтерінен тұрады. Қоспалар ретінде бос магний, кальций және т. б. оксидтері қолданылады.
Портландцемент
Портландцемент клинкердің химиялық және минералогиялық құрамы
Портланд цементі -бетон мен темірбетон жасау үшін кеңінен қолданылатын гидравликалық байланыстырғыш зат.
Шартты түрде тиісті оксидтерге қайта есептелген клинкердің қарапайым химиялық құрамы 3-кестеде келтірілген.
Портландцементті клинкердің химиялық құрамы
Кесте 3
Оксид
Массалық үлесі,%
СаО
62-68
Si02
18-26
А1203
4-9
Fe203
0,3-0,6
Портландцемент клинкерінің минералды құрамы 4 кестеде көрсетілген
Кесте 4
Портландцемент клинкерінің шамамен белгіленген минералогиялық құрамы
Минералдың аты
Формуласы
Шартты белгісі
Массалық үлесі, %
Үшкальцийлі силикат (алит)
3CaO· SiО2
C3S
40-65
Екікальцийлі силикат (белит)
2CaO· SiО2
C2S
15-40
Үшкальцийлі алюминат
ЗСаО· Аl2О3
С3А
5-15
Төрткальцийлі алюмоферрит (целит)
4CaO· Al2О3· Fe2О3
C4AF
10-20
Микроқұрылымы бойынша клинкер көптеген кристалды фазалардың күрделі, жұқа түйіршікті қоспасы және аз мөлшерде шыны тәрізді фазаны (6-10%) құрайды. Клинкер құрамында аз мөлшерде алюминаттар мен кальций алюминоферриттері бар. Цементтің қасиеттері оның компоненттерінің қасиеттеріне байланысты анықталады.
Алит - C3S - -жоғары беріктікке, қатаю жылдамдығына және цементтің басқа қасиеттеріне ие.
Белит - C2S - баяу қатаюымен сипатталады, бірақ уақыт өте келе цементке жоғары беріктік береді.
Целит С3А - тез қатаяды, бірақ оның қатаю өнімдері төмен беріктікке ие.
Алюмоферрит - С4АF - баяу қатаяды, бірақ оның өнімдерінің беріктігі гидратация өнімдеріне қарағанда жоғары.
Цемент клинкерінің гидролизі және гидратациясы
Цементті клинкер минералдары сусыз қосылыстар болып табылады, өйткені олар жоғары температурада пайда болды. Қалыпты температурада олар сумен әрекеттесіп, ерімейтін гидратты қосылыстар түзеді.
Клинкер минералдары-силикаттар мен кальций алюминаттары-күшті негіз бен әлсіз қышқыл тұздары. Судағы толық гидролизді реакция теңдеулерімен көрсетуге болады:
C3S+nH2О= 3СН ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Құрылыста көпшілігінде толтырғышы ортақ монолитке цементтелген жасанды құрылыс конгломераттары (ЖҚК) кеңінен қолданылады. Жасанды және табиғи конгломераттардың пайда болу ерекшелігі, оларда полигранулярлы немесе басқа типтегі дискретті толтырғыштарды (талшықты,пластинкалы ,т.б.) міндетті түрде цементтеу кезінде екінші реттік (байланыстырушы) заттар немесе алғашқы байланыстар ( химиялық,электрлік,т.б.) көмегімен жүреді. ЖҚК көмегімен кез-келген формада және көлемде, қажетті беріктікте құрылымдар құрастырылып жасалады, сонымен қатар оларға сенімділік пен ұзақ мерзімділігін қамтамасыз ететін өзге де қасиеттер беріледі.Бұл материалдар құрылыс мақсаттарына байланысты құрамы мен қасиеттерін реттеуге мүмкіндік береді.Болжалды есептеулер көрсеткендей,құрылыс материалдарының жалпы көлемінің 90 Ғ немесе одан да көп бөлігі ЖҚК-ны және олардың компоненттері - байланыстырғыштар мен толтырғыштарды құрайды. Жалпы материалдардың қалған 10 : немесе одан аз бөлігін металл және ағаш материалдары құрайды . Бұл материалдар ЖҚК-ға ұқсас құрылымға ие. Олар кристаллдар жиынтығы түріндегі толтырғыштар мен аморфты зат саналатын байланыстырушылардан\ тұрады. Бүгінгі күнге дейін барлық белгілі және белгісіз ЖҚК-ларды екі түрге біріктіруге болады: байланыстырғыштың химиялық және физико-химиялық түрлендірулерінің әсерінен құрылымның түзілуі нәтижесінде салыстырмалы түрде төмен температурада пайда болатын күйдірілмеген, әсіресе ерітінділер күйінде (молекулалық және коллоидты,сұйық және қатты, сұйытылған және концентрацияланған); қатаюы негізінен конгломераттардағы байланыстырушы қызметін атқаратын отты - сұйық балқымаларды салқындату кезінде пайда болатын күйдірілген.Бұл екі түрдің бөлінуі шартты болып табылады, өйткені олардың арасында ерітінділер мен балқымалардай нақты шекараны қою қиынға соғады.Сондай-ақ ,екі типке де тән процесстердің тізбекті немесе параллельді біріктірулер кезінде қатаятын конгломераттар типі болуы мүмкін.Күйдірілмеген ЖҚК-лер басым жағдайға ие.Олардағы цементтейтін бөлік келесі байланыстырғыштарға бөлінеді: бейорганикалық,органикалық ( полимерді қосқанда), комплексті . ЖҚК массасы бойынша бөлуге болады (аса ауыр,ауыр,жеңіл,ұялы); өндірістік мақсаттары бойынша (құрылыымдық,жылу оқшаулағыш,гидротехникалық,химиялық төзімді,т.б.) және т.б. Құрылыс материалдарын өндіру мен пайдалануға байланысты процесстердің басым көпшілігі химиялық сипатта болады.Тұрғын үйлерді кірпіштен немесе бетоннан жасалған бұйымдардан тұрғызу үшін 1 м2 тұрғын үйге орта есеппен 300 кг байланыстырғыш материалдар жұмсалады. Байланыстырғыш материалдар қосылыстарының әр түрлі химиялық қасиеттерін қамтитынына байланыстыолардың көптеген жіктелімдері бар.Мысалға ,оларды топқа бөлуге болады:
Гетерогенді жүйелердің дисперсия дәрежесі бойынша (Н.Ф.Федоров)
Кристаллды-химиялық принципке сәйкес (Э.А.Эванс)
Қатаю кезіндегі химиялық және физикалық процесстердің айырмашылығы бойынша (В.Ф.Журавлев )
Бұл оқулықта біз қатаю жағдайына және қолдану саласына байланысты байланыстырғыш заттардың жалпы қабылданған бөлінуін қолданамыз.
Байланыстырғыш заттар туралы негізгі ақпараттар
Байланыстырғыш заттар туралы түсінік
Құрылыстық байланыстырғыш заттар - сумен араластырғанда пластикалық , жеңіл өңделетін масса түзетін , ұнтақ тәрізді материал, ол уақыт өте қатты тас тәрізді денеге айналады.
Құрылыс байланыстырғыштары шығу тегіне байланысты екі топқа бөлінеді:
Бейорганикалық (минералды) байланыстырғыш заттар;
Органикалық байланыстырғыш заттар, негізінде мұнай айдау мен таскөмір өнімдері (битумдар,шайырлар)
Ары қарай бейорганикалық байланыстырушы заттар қарастырылады.
Байланыстырғыш заттар негізінде құрылыста қолданылатын жасанды материалдар жасалынады.Құрылыста құрамына байланысты әр түрлі қоспалар қолданылады:
Цементті қамыр- байланыстырушы зат пен судың қоспасы;
Цемент тасы- қатқан цемент пастасы;
Ерітінді қоспасы-байланыстырғыш зат пен судың, майда толтырғыштың (құм) қоспасы;
Құрылыс ерітіндісі- қатқан ерітінді қоспасы;
Бетон қоспасы-байланыстырғыш зат пен судың,ұсақ және ірі толтырғыштардың (құм,қиыршық тас) қоспасы;
Бетон-қатайтылған бетон қоспасы;
Темірбетон- болат арматурамен біріктірілген бетон.
Байланыстырғыш заттардың классификациясы
Минералды байланыстырғыш заттар құрамына, қатаю жағдайына , қолдану аймағына байланысты жіктеледі.
Ең ауқымды тобын гидравликалық байланыстырғыш заттар құрайды,олар сумен араластырылғаннан кейін ауада аз уақыт қатайғаннан кейін судың астында беріктігі артады береді. Осы қасиетінің арқасында гидравликалық байланыстырғыш заттарды сулы ортада жер үсті және жер асты құрылыстарда қолданады.
Гидравликалық байланыстырғыш заттарға жатады:
Әкті: әлсіз гидравликалық,күшті гидравликалық;
Роман-цемент;
Портландцемент және оның түрлері (тез қататын ПЦ, пластифицирленген, гидрофобты, сульфатқа төзімді , экзотермиясы бар, декоративті және т.б.);
Пуцолланды (пуцолланды
ПЦ,әкті-пуцолланды ПЦ);
Қожды цемент (қожды ПЦ,әк-шлакты цементтер);
Глиноземді цемент;
Арнайы цементтер ( кеңейетін,қысылмайтын,ыстыққа және қышқылға төзімді цементтер,т.б.).
Ауалық байланыстырғыш заттарды сумен араластырғанда алынатын қамыр тек ауада ғана қатайтып, қатаю салдарынан пайда болған беріктігін сақтайды.
Бұл топқа жатады:
Әкті (сөндірілмеген әк, сөндірілген (гидратты) әк ,әк қамыры);
Гипсті (аз күйдірілген: құрылысты, қалыпталған, жоғары беріктікті гипс; жоғары күйдірілген: ангидридті байланыстырғыш,эстрих-гипс);
Магнезиалды байланыстырғыш заттар (каустикалық магнезит,каустикалық доломит);
Сұйық шыны.
2. Байланыстырғыш материалдарды өндіруге арналған шикізаттар
Байланыстырғыш материалдарды өндірудің негізгі материалы әр түрлі тау жыныстары мен қосымша шикізаттар болып табылады. Табиғи материалдарға жатады: негізінен сусыз кальций сульфатынан CaSO4 тұратын дигидрат кальций сульфатына CaS04::2H20 немесе ангидридке бай гипс тасы, карбонатты әктас, бор CaCO3, магнезит MgCO3, доломит MgCO3::CaCO3; сазды- СаСОз мен MgСО3 аз мөлшердегі саздар мен мергельдер.Оған құрамында алюминий оксидінің 70% және одан да көп болатын боксит жатады; кремнеземді-негізінен кремний оксидінен тұратын кварц құмы, диатомит, трепел және т.б.жатады.
Байланыстырғыш материалдарды өндіруге арналған шикізаттар диірмендерде ұнтақталады.Ұнтақтауды күшейту физико-химиялық әдістермен жүзеге асырылады,атап айтқанда ұнталған материал бөлшектерінің бір-біріне жабысып, диірмендердің қабырғаларына жабысып қалуына жол бермейтін ББЗ (беттік белсенді заттар) қолданады.
Екінші реттік шикізатты қолдану экономикалық тұрғыдан тиімді. Екінші реттік шикізат кейбір салалардың қосалқы өнімдері болып табылады (металлургия,энергетика,химия,т.б.) . Оларға қож ,күл, белсенді кремний және басқалары кіреді.Құрамы бойынша байланыстырғыш заттарға жақын және табиғи заттармен салыстырғанда химиялық белсенділігі жоғары болады.Олардың химиялық белсенділігі термиялық өңдеумен байланысты,осының нәтижесінде өндірістік қалдықтар шыны тәрізді (аморфты) күйге ауысады және артық энергия алады.
Минералды байланыстырғыш заттар өндірісінің дамуы туралы қысқаша ақпарат
Күйдірілмеген саз - адамдар қолданған алғашқы байланыстырғыш зат. Жасанды байланыстырушы құрылымдар - гипс пен әк , біздің дәуірімізге дейінгі 2000-3000 жылдары тау жыныстарын жағу нәтижесінде алынған. Ресейде байланыстырғыш заттар ежелгі уақытта қолданылған , ал Киевте әк 990 жылы қолданылған. XVIII ғасырдың соңы - XIX ғасыр басында байланыстырғыш заттардың өндірістік және қолдану тәжірибесі қарқынды жүйеленген.
Академик В. М. Севергиннің 1807 жылы жарық көрген еңбектерінде, кейбір байланыстырушы заттардың қасиеттері сипатталған. Шарлевилдің 1822 ж. шыққан еңбегі бір топ орыс ғалымдары жүргізген арнайы эксперименттердің нәтижелеріне арналған. Е. Челиеваның 1820 ж. шыққан кітабында әк пен саздың қоспасынан байланыстырғыш зат алу әдісі қарастырылған.
Бірінші дүниежүзілік соғысқа дейін Ресейде жылдық қуаты 1,6 миллион тонна цемент өндіретін 60 цемент зауыты болған.Әк пен гипстің көптеген кәсіпорындары салынды.
XIX ғ мен XX ғ басында Д. И. Менделеев бастаған орыс ғалымдары байланыстырғыштардың қасиеттерін зерттеуді жалғастырды. А.Р.Шуляченко (1841-1903) байланыстырғыштардың қатаю процесстерін зерттеп , 1901 жылы Цемент, оны өндіру және журналын құрды.
Н. Н. Лямин (1870-1912) цементтің теңіз суынан бұзылуы мен қатаюы аумағында физико-химиялық зерттеу жүргізді.
А. А. Байков, С. И. Дружинин, В. А. Кинд, В. Н. Юнг және т.б. ғалымдар байланыстырушы заттарды өндіру ғылымы мен тәжірибесіне көптеген үлестерін қосты. А. А. Байков байланыстырғыш заттардың қатаюы теориясын жасап, цемент бұзылуының себептерін зерттеді. С. А. Дружинин (1872-1935) цемент беріктігіне қоспалардың әсерін зерттеді.
В. А. Кинд портландцементтің минералдық құрамын есептеу әдісін ұсынды. В. Н. Юнг өз әріптестерімен бірге бірқатар цементтерді өндіру технологиясын жасады.
В. Ф. Журавлев силикаттардың, алюминаттардың, ферриттердің және Д. И. Менделеев жүйесінің II тобы металлдарының басқа қосылыстарының байланыс қасиеттерінің жұп және тақ қатарларында орналасуына байланысты периодтылығын белгілеген.П. П. Будниковтың гипсті байланыстырғыш заттарға арналған еңбектері белгілі.
Қазіргі уақытта ғалымдар цемент өнеркәсібінің дамуына ықпал ететін байланыстырғыш заттар саласындағы зерттеулерін жалғастыруда.
Болашақтың материалы болып компоненттері еш кемшіліктерсіз, бірқатар артықшылықтары бар біріктірілген конструкциялар саналады.
Құрылыс алаңдарында кейбір мәселелер тікелей шешіледі, мысалға, полимет-цемент композицияларын өндіруге және бетонды монолиттеу мәселелерін қарастыруға болады.
Бақылау сұрақтары
Қандай заттарды байланыстырғыш заттар деп атайды ?
Құрамына байланысты құрылыс ерітінділерін қалай атайды ?
Қатаю жағдайына байланысты байланыстырғыштар қалай жіктеледі?
Ауалық байланыстырушыларға қандай құрылыс материалдары жатқызамыз? Мысал келтіріңіз.
Гидравликалық байланыстырушыларға қандай құрылыс материалдары жатады? Мысал келтіріңіз ..
Байланыстырғыш заттар алуда қандай шикізаттар қолданылады?
Өндірістік қалдықтардың табиғи шикізатпен салыстырғанда қандай айырмашылықтары бар?
Қазіргі таңда қандай ЖҚК колданылады?
БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШ ЗАТТАРДЫҢ ФИЗИКО-ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШ ЗАТТАРДЫҢ НЕГІЗГІ ФИЗИКО-ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІНЕ ЖАТАДЫ: дисперсия, икемділік,қатаю қабілеті.
Дисперсиялылығы
Құрылыс материалдарын өндіру үшін қолданылатын байланыстырғыш заттардың белсенділігі жоғары болуы, яғни сумен белсенді әрекеттесуі керек.Гидравликалық белсенділік гетерогенді жүйелерге қолданылатын массаның әсер ету заңына сәйкес , бөлшектерінің мөлшері 1-ден 40 мк -ға дейін аралықта болатын байланыстырғыштардың дисперсия дәрежесінің жоғарылауымен өседі.Байланыстырғыш заттар химиясының негізін қалаушылардың бірі В. К. Дементьев 20 ғ. Басында дисперсия дәрежесінің артуымен құрылыс материалдарының беріктігінің өсетінін тәжірибе жүзінде растады. Оның айтуынша, ұсақ ұнтақталған цементтен алынған сынамалардың сығылу беріктігі үш жылдан кейін 420 кгсм[2],ал ірі цементтен небәрі 175 кгсм[2]-ге жеткен.Заманауи зерттеулер байланыстырғыштардың меншікті бетін 500-1000 см г - ге ұлғайтудың жеткілікті екендігін көрсетті, әсерінен бір күндік бетонның беріктігі екі еселенеді , бірақ жиырылуы күшейіп панельдерде жарықтар пайда болады.
Икемділік
Икемділік дегеніміз- сыртқы механикалық күш әсерінен деформациялану қабілеті және сыртқы әсер болмаған жағдайда берілген пішінін сақтау.
Байланыстырғыш заттардың сумен араласуы кезінде пайда болатын байланыстырушы қамырдың иілгіштігі судың беткі қабаттарының ерекшк қасиеттеріне байланысты.Байланыстырушы бөлшектерге тікелей жақын орналасқан судың қасиеттері кристалды күйдегісіне ұқсас.
Қабатының қалыңдығы микронның бірнеше фракциясына ие байланысты күйдегі су 1 см[2] -та бірнеше грамм қысымға төзеді. Жартылай қатты сулы қабықтар әрі байланыстырғыш , әрі жағар май болып табылады. Бұл қатты денелердің сырғып кетуіне және деформациялануына мүмкіндік береді. Пластикалық және жақсы қалыптасқан қоспаларды алу үшін байланыстырғышты араластыруға керек су мөлшерін көбейту керек. Алайда, байланыспаған су буланып, бос тесіктер түзеді , бұл материалдың беріктігі мен төзімділігін төмендетеді. Беттік белсенді заттардың көмегімен кристаллдардың пішіні мен өлшемін, меншікті бетінің ауданын және т.б. өзгерте отырып , қажетті судың мөлшері мен байланыстырғыш заттардың шығынын азайтуға және икемділігін сақтап қалуға болады.
Қатаю қабілеті
Байланыстырғыш заттарды қатайту процесі күрделі мәселелердің бірі болып табылады. Физика-химиялық процестердің нәтижесінде пластикалық байланыстырғыш қамыр қатты тас тәрізді денеге айналады. Қатаю процесі екі кезеңге бөлінеді: ұстасуы (қамырдың икемділігін жоғалту) және қатаю (беріктік жиынтығы). Бетон қоспаларын төсеу және тығыздау қоспасы әлі икемділігін жоғалтпаған кезде жасалады, сондықтан ұстасудың басталу және аяқталу уақытын ескеру қажет. Ұстасу ұзақтығы байланыстырғыш қамырдың құрылымын сипаттайды. Бірте-бірте материал қатайып, оның беріктігі артады. Қатаюдың үш түрі бар: гидратациялық, карбонатты, гидросиликатты.
Байланыстырғыш зат сумен әрекеттескенде пайда болатын гидратациялық қатаю механизмін қарастырыңыз. Сонымен, алғашқылардың бірі, Ле-Шательенің кристализациялық теориясы (1882 ж.) қатаюды қаныққан ерітіндінің түзілуіне және одан ылғалданудың кристалды өнімдерінің бөлінуіне әсерінің нәтижесі деп түсіндіреді.
Михаэлистің коллоидтық теориясына сәйкес (1892) су молекулалары біртіндеп бастапқы байланыстырғыш минералдардың кристалдық торына енеді. Бұл жағдайда пайда болған гельдер қатаяды, өйткені олар суды байланыстыру нәтижесінде дегидратацияланады. А. А. Байков (1923) қатаю процесін мына кезеңдер бойынша қарастырды: қанықтыру (дайындық), коллоидация және кристалдану.
Қанықтыру кезеңінде су қатты фазалардың шекарасында еритін байланыстырғыш бөлшектер қаныққан ерітінді түзеді және гидратацияланады.
Коллоидация кезеңінде бастапқы қосылыстарға қарағанда суда аз еритін гидраттық неоплазмалар қаныққан ерітінді түзеді. Қаныққан гель саналатын қаныққан ерітіндіден кристалды өскін баяу шығарылады. Сонымен қатар, гель сусызданады және босаған су бастапқы байланыстырғыштың бөлшектерін ылғалдандырады. Кристалдану кезеңінде түпкілікті қатаюмен қатты тас тәрізді дененің пайда болады. Үш кезең де бірінің артынан бірі жүрмейді, бірақ бірін-бірі қабаттастырады. Төменде әк-құм қоспаларын автоклавтау кезеңінде пайда болатын ауа гидратталған әк үшін карбонатты қатайту және гидросиликатты қатайту туралы айтылады.
Қазіргі уақытта рентгенография, электронды микроскопия және т.б. сияқты жаңа зерттеу әдістерінің пайда болуымен қатаю процесі күрделірек саналады. Алайда, осы уақытқа дейін қатаюдың бірыңғай теориясы жоқ. П.А. Ребиндер және оның қызметкерлерінің құрылымның физика - химиялық негіздеріне арналған жұмыстары маңызды саналады.
Термодинамикалық тұрғыдан алғанда, байланыстырғыштар артық бос энергияға ие және суда өздігінен энергияның аз қоры бар гидратациялық неоплазмаларға өтеді. Термодинамика реакция жолына қарамастан жүйенің бастапқы және соңғы күйін ескереді.
Қатаю кинетикасы
Байланыстырғыштар қатайған кезде судағы зат концентрациясының (иондар түрінде) өзгеру кинетикасы үлкен теориялық және практикалық қызығушылық тудырады, өйткені ол қатаю процесін қай кезеңде және қай уақытта анықталатындығына мүмкіндік береді. Осы кезеңді жеделдету арқылы қатаю процесін тездетуге болады.
Тұтқыр заттың гидратациялық қатаюымен бастапқы фазаның еруі және соңғы фазаның берілген ерітінділерінен кристалдануы келесі схема бойынша жүреді:
А Б В,
Мұнда А-бастапқы зат; Б - суда еритін заттың иондары; в - гидраттық неоплазмала новообразования. Байланыстырғыштың қатаюы кезінде талаптардың концентрациясының өзгеруінің кинетикалық қисықтары байланыстырғыштың түріне байланысты емес және ол 2.1. суретте көрсетілген.
сурет 2.1. . Мономинералды байланыстырғышты гидратациялау кезіндегі концентрацияның өзгеруінің кинетикалық қисықтарының сипаты (1 және 1'), оның неоплазмаларының кристалдануынсыз еруі (2), ерітіндіні толтырмай кристалдау (3)
Максималды қисық 1 ' температура жоғарылаған кезде солға, төмендеген кезде оңға қарай жылжиды. Кристалдану болмаған кезде процесс 2 қисығын білдіреді. Иондарды байланыстыру және кристалдану кезінде олардың кинетикасы 3 қисық сызықтан шығады 3. 2 Қисықтағы максимум байланыстырғыштың еруі жаңа фазаның пайда болуы үшін қажет болғаннан гөрі сұйық фазаға көбірек заттың енуін қамтамасыз ететіндігін көрсетеді.
3 қисығындағы максимумның оң жағында еритін байланыстырғыш кристалдануға кеткен заттың мөлшерін толығымен толтыра алмайды. Максимум 3 нүктесінде байланыстырғыштың еруіне байланысты заттың сұйық фазаға жалпы түсуі мен кристалдану кезінде шығаруы арасындағы теңдік байқалады.
Ерітілген байланыстырғыш заттың мөлшері мен ерітіндідегі және одан неоплазмалар түрінде түскен заттың мөлшері арасындағы теңгерім (сусыз заттарға қайта есептегенде) формуламен көрсетіледі:
::m 1 + :: m 2 + c:: = con st ,
мұндағы cτ - уақыт аралығындағы байланыстырғыштың концентрациясы,
∆mi=m1-m1.0; ∆m2=∆m2-m2.0; m1және m2 - сәйкесінше гидраттың тұтқыр және жаңа фазаларының массасы ;
m1.0, m2.0 - тәжірибенің басында бірдей.
Бастапқы және соңғы өнімдердің мазмұны, сондай-ақ ерітіндінің концентрациясы сәйкес өзгереді 2.2.суретте
Сур. 2.2. Типтік кинетикалық қисықтарда бастапқы заттың кемуі (1), Жаңа қосылыстың пайда болуы (2) және ерітіндідегі зат концентрациясының өзгеруі (3)
тұтқырдың гидратациясының дәйекті реакциясы үшін
3.Байланыстырғыштардың ерігіштігі
Гидратацияның қатаю процесі екі кезеңнен тұрады: бастапқы заттардың ерітіндісі және гидраттар түрінде қосылыстардың бөлінуі. Процесс қатты заттардың еруі сияқты, материалдың дисперсиясының жоғарылауымен, яғни, байланыстырғыштардың ұнтақталуының жоғарылығымен және температураның өсуімен жеделдетіледі.
Көптеген байланыстырғыштар аз ериді және ерітіндіде иондарға ыдырайды: Са[2+], Al[3+], SiO [2-], SO [2-], АlO және т. б., олар суда гидраттанады немесе бір уақытта гидратациямен гидролизденеді (Al[3+], SiO 2- ,А1О-2 иондары).
Байланыстырғыштың ерігіштігі деп белгілі бір жағдайларда метастабильді қатты фазамен теңдікке сәйкес келетін ерітіндідегі заттың мүмкін болатын ең жоғары концентрациясымен түсіндіріледі.
Кейбір тұтқыр заттар мен олардың гидратация өнімдерінің ерігіштігінің экспериментті табылған мөлшері 1-кестеде келтірілген.
Байланыстырғыштар және олардың гидратация өнімдерінің ерігіштігіКесте 1
зат
Температура,°С
Ерігіштігі,мольл
Гипс CaS04 :: 2Н20
20
0.0153
40
0.0154
кальций сульфатының жартыгидраты
20
0.06
CaSO4 :: 0.5H2O
40
0.05
60
0.04
үшкальцийлі алюминат
20
0.0071
ЗСаО :: Аl203
40
0.0076
60
0.0078
үшкальцийлі силикат ЗСаО Si02
10
0.0015
20
0.0015
Екікальцийлі силикат 2СаО Si02
20
0.0011
40
0.0012
Гиллебрандит 2CaO :: Si02 ::aq
20
0.0001
Ксонотлит CaO :: SiO2 ::aq
25
0.0002
Тоберморит 5CaO :: 6SiO2 ::aq
25
0.0002
Кестеге сәйкес, байланыстырғыштардың ерігіштігі осы жағдайларда термодинамикалық тұрақты неоплазмалар ерігіштігінен асып түседі, сондықтан еріту процесі температураның жоғарылауымен өздігінен жүреді, ал жүйенің бос энергиясы төмендейді.
Кейбір байланыстырғыштарда, мысалы CaSO4 :: 0,5H2O, ерігіштігі-
температураның жоғарылауымен төмендейді , бұл олардың гидратациялық қатаюының процестерін талдау кезінде ескерілуі керек. Ерітілген байланыстырғыштар кристалданып, жоғары дәрежелі гидратты неоплазмаларға айналады.
Неоплазмалардағы байланыс сипаты
Тұтқыр заттың қатаю процесінде жаңа құрылымдар пайда болады, оларды П. А. Ребиндер келесідей бөледі:
1) Коагуляциялық құрылымдар. Олар молекулааралық өзара әрекеттесу күштеріне байланысты пайда болады және тиксотропия мен жоғары майысатын қасиеттерге ие. Коагуляцияның беріктігі аз,сондықтан олардың қасиетін ББЗ-мен жақсартуға болады.Коагуляциялық құрылымдардың қалыптасу кезеңінде тығыздап жасау тиімді, өйткені бұл ең аз энергияны қажет етеді.
2) Шартты-коагуляциялық құрылымдар. Олар механикалық тоқудың арқасында "құйрық" немесе арасында сұйық қабат жоқ ұзартылған пішінді бөлшектердің "киізі" түрінде пайда болады. Бұл құрылымдардың беріктігі суланғанда төмендейді, содан кейін екінші рет кептіру арқылы қалпына келтіріледі. Гипске ұқсас құрылымға ие.
3) Кристалдану құрылымдары. Олар тиісті гидраттардың кристалдарының химиялық әрекеттесуі кезінде пайда болады, майыспайды және қайтымсыз жойылады.
Алдымен байланыстырғыш коагуляциялық құрылымға ие болады, содан кейін қатаю процесінде шартты коагуляциялық және кристалдану құрылымдары пайда болады. П.А. Ребиндер, Е. Е. Сегалова, а. ф. Полак және т. б. мәліметтері бойынша кристаллизациялық құрылымның беріктігі екі түрлі әсер ететін процестердің нәтижесі болып табылады: кристаллизациялық байланыстардың пайда болуына байланысты беріктіктің жоғарылауы және ішкі кернеулердің дамуына байланысты беріктіктің төмендеуі. Ішкі кернеулер үлгілердің тығыздығының жоғарылауымен, кернеудің жоғарылауымен және кристалдану байланыстардың санының өсуімен пайда болады.
1 Тиксотропия-құрылымды бірнеше рет қайтымды қалпына келтіру
Сонымен, тұтқыр материалдың беріктігі оның тығыздығына, химиялық-минералогиялық құрамына, Ішкі кернеулерге және неоплазмалардың кристалдану кинетикасына байланысты.
Неоплазмалардың кристалдануымен қатар, қайта кристаллизациялану бірдей химиялық құрамы мен модификациясының үлкендерімен салыстырғанда ұсақ кристалдардың үлкен ерігіштігіне байланысты жүреді. Қайта кристалдану процесі жүру керек, өйткені бос беттік энергияның артық мөлшері бар ұсақ кристалдар осы энергияның арқасында іріленуге бейім. Қайта кристалдану процесі материалдың беріктігін төмендетеді, бұл қоспаның тығыздалуына кедергі келтіруі мүмкін. Байланыстырғыш материалдың механикалық беріктігі, сонымен қатар, бастапқы байланыстырғыш пен агрегат құрылымының ақауларына, олардың арасындағы байланыстарға байланысты.
Байланыстырғыш заттарға арналған қоспалар
Құрылыс материалдарының сапасы мен қасиеттерін әртүрлі қоспалармен жақсарады. Шартты түрде қоспалар жіктеледі:
А) Байланыстырғыштардың ерігіштігін өзгертетін және олармен химиялық реакцияға түспейтін қоспалар.
Бұған калий мен натрий тұздары (хлоридтер, сульфаттар, нитриттер) жатады, олар цементтің силикатты компоненттерінің қатаюын тездетеді, ерітіндінің иондық күшінің өзгеруіне байланысты олардың ерігіштігін арттырады. Кальций хлоридтері мен нитраттары, керісінше, байланыстырғыштардың ерігіштігін төмендетеді, нәтижесінде неоплазмалардың кристалдану жылдамдығы артады.
Б) Қиын еритін немесе аз диссоциацияланатын қосылыстар түзе отырып байланыстырғыштармен әрекеттесетін қоспалар.
Б тобының қоспалары (қышқылдар, нитриттер, алюмосиликаттар, натрий фторидтері, хлоридтер, сульфаттар, кальций нитраттары) ортаның рН өзгеруі мен қос гидрат тұздарының кристалдануы арқылы байланыстырғыштардың қатаюын тездетеді:
Ca(NО3)2+3CaO::A12О3 +10Н2О=ЗСаО::А12О3::Са(NO3)2::10Н2О
қоспа цементті кальций
компонент гидронитроалюминаты
Бірнеше қоспалардың болған жағдайда негізінен ең жоғары қанықтылыққа ықпал ететін және максималды жылдамдықпен кристалданатын , цемент компоненттерімен қосылып қиын еритін тұздарды құрайтын қоспаның әсері көп болады. Қалған қоспалар, мысалы, хлорид немесе кальций нитраты, А тобының қоспалары сияқты силикат компоненттерінің қатаюын тездетеді. В тобының қоспалары тұтқыр заттардың тығыздалуына, олар арқылы сұйықтықтар мен газдардың сүзілуі мен диффузиясын азайтуға ықпал етеді.
В) Дайын кристалдану орталықтары болатын қоспалар. Тұқымдық қоспалар арзан және күшті қатайтқыштар ретінде қолданылады. Олардың тиімділігі нақты тығыздықтың жоғарылауымен артады. Қоспаның мөлшері әдетте цемент салмағының 3-5% құрайды және эксперименталды түрде орнатылады.
Г) Астыққа адсорбцияланатын қоспалар - беттік-белсенді заттар (ББЗ)
Басқа қоспалардан айырмашылығы, беттік-белсенді заттар байланыстырғыштардың қатаюын баяулатады,бірақ оларды пластификациялайды,гидрофобтайды және ауа арналарымен әсер етеді. . Беттік-белсенді зат полярлы емес органикалық радикалдан және полярлы функционалды топтан тұрады, -- SО3H, -- СООН, -- СООМе. Поляр топтары байланыстырғыштардың дәндерінде адсорбцияланып, оларда мономолекулярлық пленкалар жасайды. Нәтижесінде дәндер арасындағы ішкі үйкеліс коэффициенті төмендейді және міндетті материал пластификацияланады. Сонымен бірге, байланыстырғыштың шығындары 8-10% -ға азаяды да, беріктігі, аязға төзімділігі, жетіспеушілігі артады.
Ауа шығаратын қоспалар (ССБ-сульфитті-спиртті барда, текше қалдықтары - көміртегі атомдарының саны 18-ден асатын карбон қышқылдары, олардың сабындары, мысалы, кальций тұздары, сабынафт және т.б.) араластыру кезінде ауа көпіршіктерін ұстап, қоспаның аязға төзімділігі мен қозғалғыштығын арттырады.
Гидрофобтандыратын қоспалар (ГКЖ-94 типті кремнийорганикалық қосылыстар - гидролизденген этилдихлорсилан, ГКЖ-10, ГКЖ-11 - метилэ - тилсиликонаттар натрийі) сулануға кедергі келтіреді, қатаю және қатаю процестерін баяулатып пластификациялайды. Гидрофобтылық молекулалардың полярлы емес топтары сыртқа, ал полисилоксан ( -- О -- Si -- О - ) байланыстырғыш бөлшектерге қарайтындығымен түсіндіріледі. Қазіргі уақытта күрделі қоспалы кейбір заттардың теріс әсері басқа қоспалардың оң қасиеттерімен өтелетіндей етіп қолданылады.
Бақылау сұрақтары
1. Қандай процестердің нәтижесінде пластикалық байланыстыру қамыры тасты қамырға айналады?
2. Гидратациялық қатаю процессі қандай кезеңдерден тұрады?
3. Неліктен байланыстырғыштар өздігінен гидратты неоплазмаларды сумен құрайды?
4. Байланыстырғыштардың ерігіштігі деп нені атайды?
5. Байланыстырушы заттардың ерігіштігіне қандай факторлар әсер етеді?
6. Қатаю процесінің кинетикасы қандай?
7. Байланыстырушы заттарды қатайту процесінде қандай құрылымдар пайда болады?
8. Коагуляция , шартты коагуляция және кристалдану құрылымдарында бөлшектердің өзара әрекеттесуінің қандай күштері пайда болады?
9. Қандай қоспалар байланыстырғыштардың ерігіштігін өзгертеді?
10. Тұтқыр заттармен еритін немесе төмен диссоциацияланатын қосылыстар қандай қоспаларды құрайды?
11. Тұқымдық қоспалар добавки- затравки байланыстырғыш заттардың қатаюына қалай әсер етеді?
12. Байланыстырушы заттар түйіршіктерінде қандай қоспалар адсорбцияланады және олардың рөлі қандай?
3. ӘК ЖӘНЕ ГИПСТЫ БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШТАР
Әк алу
Әкті шөгінді кальций-магний жыныстарынан күйдіру кезінде алынады. Осы типтегі байланыстырғыштар ауалық қатаюымен сипатталады, бірақ шикізатта қышқыл қоспалар болған кезде, мысалы, сазды қосылыстар, гидравликалық зат алынады . Әк түзілу процесі СаСО3 СаО + СО2 қайтымды: 1 атм.-нан жоғары қысымда тұйық жүйеде көмірқышқыл газымен құрылып, баяулайды және қарсы бағытта ағады. Мұндайда көмірқышқыл газын шығару қажет. Температураның жоғарылауымен тұйық жүйеде кальций карбонатының ыдырауы артады , сонымен бірге көмірқышқыл газының мөлшері артып, ыдырау температурасы жоғарылайды (3.1-сурет). CaCO3 вакуумда 600 ° C температурада ыдырай бастайды, сондықтан өнеркәсіптік қондырғыларда күйдіру 1000-1200 ° C температурада жүзеге асырылады. 1 кг әкті жағу үшін 101,6 кДж қажет. Жалпы материалдың көлемі 12-16% -ға азаяды. Теориялық тұрғыдан көміртегі диоксидінің бөлінуіне байланысты бастапқы әктастың көлемі шамамен 2 есеге азаюы керек. Кальций карбонатының күйдіргенде кеуекті материал түрінде кальций оксиді алынады. 900 ° C-тан төмен температурада күйдірілген өнім өте ұсақ кристалдары бар ақаулы құрылымға ие болады. Температураның жоғарылауымен қайта құрылымдану жүреді, бұл көлемдік тығыздығы мен кристалдардың өсуімен, және меншікті беттің ауданы мен кеуектіліктің төмендеуімен жүреді, 3.2.суретте көрсетілген.
Сурет. 3.1. СаСО3 ыдырау температурасының қоршаған ортадағы СО2 парциалды қысымына тәуелділігінің графигі.
Таза әктасты жағу кезінде энергия қоры мол өнім түзіледі. Құрамында саз қоспалары бар жыныстардан, негізінен, алюминий гидросиликаттары, мысалы, каолинит - Al2O3 * 2SiO2 :: 2H2O, күйдіру температурасы 1200 ° С-тан жоғары болған кезде, неғұрлым инертті ірі кристалды әк түзіледі. Қатты күйде сілтілі (MgO, CaO) және қышқыл оксидтері арасында әрекеттесу болуы мүмкін. Кристалл торының бөлшектері (иондар, атомдар, молекулалар) қыздырылған кезде қозғалады және жоғары жылдамдық; уақыт бірлігіндегі неоплазмалардың саны дисперсия дәрежесіне тура пропорционал болады.
Сур. 3.2. Әк қасиеттерінің кальций карбонатының күйдіру температурасына тәуелділігінің графиктері: 1 - көлемдік тығыздық, 2 - кристалл мөлшері, 3 - кеуектілік, 4 - меншікті беттің ауданы.
Қатты күйде жүретін реакциялар (1000-1200 ° C) негізінен алюминат пен кальций силикатының төмен негізді қосылыстарының түзілуіне әкеледі: CaO :: AlO3 және 2CaO :: SiO2.
1200 ° C температурада қосылыстар әкпен қаныққан және жоғары негізді алюминаттар алынады: 2СаО::7А12О3, ЗСаО::А12О3 типіндегі жоғары негізді силикаттар қатты фазалы реакциялар кезінде түзілмейді.
Әк негізіндегі байланыстырғыш заттар
Жанған әкті сөндіру немесе ұнтақтау арқылы ұсатады. Ауа әгіне мыналар жатады: сөндірілмеген әк кесегі, сөндірілмеген ұнтақты, гидратталған (үлпілдек), әк қамыры, карбонатты әк. Кесектелген әктас құрамында бос кальций мен магний оксидтері бар, ал карбонат, алюминат, кальций магний феррит қоспалары жоқ. Бұл әртүрлі мөлшердегі кесектердің ұсақ бөлшектермен араласуы.
Сөндірілмеген әк ұнтағы - ұнтақтың ұсақ өнімі кесек әк. Гидратталған әк -әктастың гидратациясы (сөндіру) арқылы алынған ұсақ дисперсті құрғақ ұнтақ. Негізінен гидратталған әк кальций мен магний гидроксидтерінен тұрады. Әк қамырында 50-55% кальций мен магний гидроксиді және 45-50% механикалық және адсорбтивті байланысқан су бар.Әк қамыры - бұл пластикалық масса. Карбонатты әк - құрамында бос кальций мен магний оксидтерінің мөлшері 30% кем емес, сөндірілмеген әк пен әк-магнезияның ұнтақты қоспасы. Әктің белсенділігі оның құрамындағы бос кальций мен магний оксидтерінің мөлшеріне байланысты. Олардың мөлшері көп болса, әк сапасы соғұрлым жоғары болады. 1-сұрыпты әк кезінде оксидтер кем дегенде 85%, 2-ші сорт - 70% кем болмауы керек.
Әкті байланыстырғыш заттардың ылғалдануы және қатаюы.
Кесектелген әк-жартылай өнім болып саналады. Құрылыста, әдетте, сөндірілген күйде қолданады. Ерітуге арналған гидратацияның физико-химиялық процесі бастапқы заттың еруінен және оның сумен әрекеттесуінен тұрады:
CaO + H2O = Ca (OH) 2 + 65,3 кДж.
Қалыпты температурада әк суда аздап ериді (20 ° C температурада 0,022 г л). Оның ерігіштігі температура жоғарылаған сайын төмендейді. Өңдеудің оңтайлы температурасы 50-80 ° C (50 ° C кезінде әктің ерігіштігі 0,917 г л, 80 ° C - 0,657 г с).
Кальций гидроксиді - гидратация реакциясы қайтымды процесс болып табылады, оның бағыты қоршаған ортадағы су буының температурасы мен парциалды қысымына байланысты. Бұл жағдайда әктас бөліктері өздігінен 5-20 мкм-ден аспайтын ұсақ бөлшектерге ыдырайды.
Сөндіру жылдамдығы бойынша әк тез сөндірілетін (20 минутқа дейін) және баяу сөндірілетін (20 минуттан жоғары) болып бөлінеді. Сөндіру жылдамдығы - бұл әктас ұнтағын сумен араластырғаннан бастап, максималды температураға жеткенге дейінгі уақыт. Сұйық әк гидратациясы белгілі бір хлоридтерді (0,2-1% CaC12, NaCI және т.б.) енгізу арқылы жеделдетілуі немесе сульфаттардың (CaSO4, Na2SO4 және т.б.), беттік активті заттардың (SSB, mylonft және т.б.) көмегімен баяулауы мүмкін. Теориялық тұрғыдан әк сөндіру үшін CaO салмағына 32,13% су қажет .Іс жүзінде судың мөлшері 2-2,5 есе артады, өйткені судың бір бөлігі сөндіру кезінде буланып кетеді, ал бір бөлігі пайда болған Са(ОН)2.суландыруға жұмсалады. Уақыт өте келе ерітінді құрғайды және күшті құрылымға бірігіп өсетін Са (OH) 2 кристалдарын шығаратын әк қатаяды. Коллоидты мөлшердегі ерімейтін бөлшектер капиллярлық күштердің әсерінен пайда болады. Ауаның көмірқышқыл газы есебінен Са (OH) 2 карбонизациясы жүреді, бұл материалдың тығыздалуына да ықпал етеді:
Са(ОН)2+СО2+nН2О = СаСО3 + (n+1)Н2О
Құрғақ ортада карбонизациялау мүмкін емес: ылғалдың көптігі кезінде процестің жылдамдығы төмендейді, өйткені Ле Шателье принципіне сәйкес жүйеден су шығарылған кезде көміртек пайда болады.
Әк-құм қоспаларында кальций гидроксиді кремний диоксидімен әрекеттесіп, өнімнің жоғары беріктігін анықтайтын кальций гидросиликаттарын түзеді. Автоклавты өңдеу кезінде әк гидросиликатты қатаюы келесі схема бойынша жүреді:
Ca(OH)2+SiО2 +nH2О = CaO::SiО2::(n+l)H2О
Қалыпты жағдайда бұл процесс жүздеген жылдарға созылады. Ауа әгі гидравликалық әкпен салыстырғанда берік , бірақ иілімділігі аз. Оны құрамында 6-дан 20% дейінгі балшық бар (900 ° -1100 ° C) әктастарды күйдіру арқылы алынады. Нәтижесінде түзіледі: силикаттар (2CaO :: SiO2), алюминаттар (СаО::Аl2О3 , 5СаO::ЗАl2O3), ферриттер (2CaO::Fe2О3), олар әктің судағы беріктігін сақтап, қатаю кезінде гидратталады.
Әкпен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік ережелерін есте сақтау керек, өйткені кальций гидроксиді - бұл күшті негіз.
Әк байланыстырғыштарын қолдану.
Әк жергілікті байланыстырғыш зат болып табылады, сондықтан құрылыста кең қолданылады. Ауа әгінен алынады: ғимараттар мен сылақтардың жер бөлігіне арналған ерітінділер, төмен маркалы бетондар ,жер үсті құрылымдары үшін тығыз және ұялы силикат бұйымдары, блоктар, панельдер, әк түсті композициялар және т. б. Гидравликалық әк гипс пен кірпіш ерітінділерін, аралас цементтерді және т. б. жасау үшін ауалық әкпен бірге қолданылады.
Гипстің модификациясы
Гипсті байланыстырғыш заттар өндіруге арналған шикізат - табиғи гипс CaSО4::2H2О, ангидрит CaSО4, сазды гипс және кейбір өндірістік қалдықтары CaSО4::2H2О қабатты құрылымға ие. Жеке қабаттар сыртқы беттерінде су молекулалары бар SО [2-] және Са[2+] -дан тұрады.Әрбір су молекуласы кальций иондарымен және сульфат ионының оттегімен, сондай-ақ көрші қабаттың оттегімен байланысты. Ең әлсіздері - О-Н::::::О байланыстары. Қыздырған кезде су буланып, иондардың координациясы бұзылып, гипстің құрылымы метастабильді (тұрақсыз) болады.
Температураның жоғарылауымен гипстің ерігіштігі алдымен суретке сәйкес артады, содан кейін азаяды. 3.3.сурет
Сурет. 3.3. CaSО4::2H2О ерігіштігінің температураға тәуелділігінің графигі.
107 ° C-та қарқынды жүретін дегидратация (дегидратация) кезінде гипс гемигидратқа (а немесе b) айналады. 200 ° C-тан жоғары қыздыру кезінде гемигидрат сусыз модификацияға - ангидритке айналады. Эндотермиялық дегидратация реакциялары келесідей жүреді (шартты температура 25 ° C):
CaS04::2H2О = CaSO4::0,5H2О(α)+1,5Н2О-17,17 кДж
CaSО4::2H2О = CaSO4::0,5H2O(β)+l,5 Н2О-19,23 кДж
CaSО4::2H2О = CaSО4 +2Н2О-16,87 кДж
Гипсті термиялық өңдеу 140-190 ° C температурада жүзеге асырылады. Қалыпты қысым мен 107 ° C кезінде β - CaSO4:: 0,5H2O .жартыгидрат түзіледі; 1,3 атм қысыммен. және 115 ° C, α -CaSO4:: 0,5H2O жартыгидрат түзіледі. β - модификациясы айқын емес шеттері бар және тығыздығы 2,67 -2,68 г см3 ұсақ кристалдардан тұрады, су өткізгіштігі жоғарылаған.
α - форма ине немесе призма түріндегі үлкен кристалдардан тұрады, тығыздығы 2,72-2,73г см3 және судың төмендеуі мен беріктігінің жоғарылауы бар. α - жартыгидрат кристалдары энергия қоры төмен, сондықтан реактивті емес. β - CaSO4:: 0,5H2O төмен температурада α-формасына қарағанда жақсы ериді.
Температура көтерілген сайын гипстің қасиеттері өзгереді. α- форма 200-210 ° С-та сусыздандырылады, β - пішін 170-180 ° С-та сусыздандырылады, бірақ құрылым өзгермейді. Алынған өнімдер тұрақсыз және ауадағы бастапқы заттарға айналады. Гипсті 450 ° С-тан жоғары қыздырғанда, ерімейтін ангидрит CaSO4 түзіледі, ол 750-1000 ° C температурада CaO және SO3-ке ыдырайды.
Гипс сорттарының химиялық құрамы Кесте 2
Гипс түрлері
Массалық үлесі, %
CaO
SO3
H2O
CaSO4· H2O
32,56
46,51
20,93
CaSO4· 0,5H2O
38,63
55,16
6,21
CaSO4
41,12
58,88
-
Гипс негізіндегі байланыстырғыш заттар
Гипсті байланыстырғыш заттар екі топқа бөлінеді: төмен күйдірілген және жоғары күйдірілген. Төмен күйдірілген немесе гипсті байланыстырғыштарды 110-180 ° C температурада алады. Олар негізінен CaSO4::0,5H2O гемигидраттан тұрады және жылдам қатаюымен ерекшеленеді (гипс, қалыптау, беріктігі жоғары және т.б.). Жоғары күйдірілген немесе ангидрит байланыстырғыш заттар 600-900 ° С температурада алынады. Олар CaSO4 ангидритінен тұрады және баяу қатаюымен сипатталады (ангидрит цементі және гипстриант).
Сонымен қатар, гипс негізінде күрделі байланыстырғыш заттар алынады: гипс-әктас, гипс-саз, гипс-цемент пуццоланикалық және т.б.
Құрылыс гипсі (β - CaSO4::0,5H2O) гипс тасты алдын ала немесе кейінгі ұнтақтаумен термиялық өңдеу арқылы алынады. Бұл ең жылдам ұстасатын байланыстырғыш. Құрылыс гипсі сылақ үшін, плиталар, қалқалар, жасанды мәрмәр, декоративті бұйымдар жасау үшін ерітінді ретінде қолданылады.
Қалыптау гипстің құрылыс гипстен ұнтақтылығымен, химиялық және минералогиялық құрамның біркелкілігімен, беріктігімен айырмашылық жасайды . Ол құрылыс, керамика, машина жасау және басқа салаларда формалар, модельдер алу үшін қолданылады.
Жоғары беріктік гипс (α - CaSO4::0,5H2O) α - пішінінің арнайы кристалды түрленуіне байланысты кем дегенде 250-300 кг см2 қысу беріктігімен сипатталады. Ангидрит цементі CaSO4 белсенділігі төмен, оны 450-750 ° C табиғи CaSО4::2H2О. күйдіру арқылы алады. Ангидрит цементіне арналған активатор ретінде әк, түйіршікті қож, жартылай сулы гипс және т.б. қосылуы мүмкін. Жоғары күйдіру температурасында (800-1000 ° C) катализаторсыз қатаятын байланыстырушы зат алынады.
Ангидрит цементі қабаттасқан едендерді, органикалық және бейорганикалық толтырғыштары бар жеңіл бетондарды, ауыр бетондарды және т.б. салу үшін қолданылады.
Эстрих-гипс 800-1000 ° C температурасында табиғи гипстен алынады. Эстрих-гипс реакцияға сәйкес күйдіру кезінде гипстің кокспен тотықсыздануына байланысты ангидрит бөлшектерінің бетінде түзілген СаSO4 және СаО-дан тұрады:
CaSО4+C = СаО + SО2 + СО
.
Ол басқа байланыстырғыштардан суға төзімділігі мен аязға төзімділігімен ерекшеленеді. Эстрих-гипс жылу және дыбыс өткізгіштігі төмен едендерде, плиткаларды қаптау және т.б. үшін қолданады.
Гипсті және гипсті байланыстырғыш заттардың қатаюы.
Жартылай сулы гипс (CaSO4::0,5H2O ) CaSO4::2H2O торынан судың бөлінуіне байланысты белсенді учаскелері бар ақаулы құрылымды құрайды. Осының арқасында ол сумен белсенді әрекеттесіп, тұрақты дигидрат түзеді: :
2(CaSO4::0,5H2O) + 3H2О 2(CaSО4::2H2О)
- бұл гипстің қатаюы кезінде пайда болатын негізгі реакция.
CaSО4::2H2О ерігіштігі CaSО4::0,5H2О - ке қарағанда аз; O (кесте 1), сондықтан қатты қаныққан ерітінді түзіледі, одан CaSО4::2H2О қатты күйінде тұнбаға түседі. Гидратация реакциясының механизмі әлі толық анықталмаған. П.А.Ребиндер, Е.Е.Сигалова, В.В.Ратинов және басқалардың еңбектеріне сүйене отырып, кристалдану механизмі бойынша CaSО4::0,5H2О - де гидратациялануы мен қатаюы орын алады деп болжауға болады.
Қату процесін кейбір заттар баяулатуы мүмкін, мысалы, жануарлардың желімі, гипс бөлшектеріне адсорбцияланып, бастапқы компоненттердің ерігіштігін төмендететін ССБ.
Бақылау сұрақтары
1. Әк қандай жыныстардан алынады?
2. Әк түзілу процесі дегеніміз не?
3. Ауа немесе гидравликалық байланыстырғыштар әк байланыстырушы ма?
4. Тәжірибеде ауа әкінің қандай түрлері қолданылады?
5. Бірінші сұрыпты әк пен екінші сұрыпты әк арасындағы айырмашылық неде?
6. Бұлар қалай жүреді: а) әк гидратациясы; б) сөндірілген әктің көмірқышқылдануы,
ә) Гидратталған әктің гидросиликатты қатаюы? Реакция теңдеулерін жазыңыз
7. Әк неге құрылыста кеңінен қолданылады?
8. Гипсті байланыстырғыш заттар қандай шикізаттан алынады?
9. Гипс дигидратының дегидратациясы қалай жүреді? Реакция теңдеулерін жазыңыз
10. Қандай қасиеттерге а сипатталады? Жартылай сулы гипстің формасы?
11. Гипсті байланыстырғыштардың қандай түрлері аз тұтқыр байланыстырғыштарға жатады?
12. Гипсті байланыстырғыштардың қандай түрлері жоғары күйдіріледі?
13. Гипсті қатайту кезіндегі негізгі реакция қандай?
4. ЦЕМЕНТ МАТЕРИАЛДАРЫ
Құрамына байланысты цементтердің байланыстырғыштық қасиеттері:
Цемент табиғи саз және әктас жыныстарынан, мергельдерден және өндірістік қалдықтардан алынады.
Алу процесі келесідей: шикізатты ұсақтау, араластыру, оның компоненттерін өңдеу, клинкерді күйдіру және қалыптастыру, әртүрлі заттарды қоса отырып салқындату және ұнтақтау. Клинкер-бөлшектердің мөлшері 4-20 мм болатын түйіршікті масса.
Цементтің қасиеттері мен мақсаты оның құрамымен анықталады.
В. Ф. Журавлевтің заңдылығына сәйкес А12О3 , Сr2О3, Mn2О3, Fe2О3, SiО2 оксидтері және басқалары Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінің жұптық қатарларының сілтілік-жер металл оксидтерімен жабысқан кезде байланыстырғыш заттар түзіледі.
Тақ қатардағы элементтердің оксидімен қосылыстар байланыстырғыштық қасиетке ие емес. Иондық радиусы R 0,103 мм болатын төмен негізді силикаттарда, станниттерде, кальций, барий, калий және стронций хроматтарында тұтқыр қасиеттердің болмауы кристаллохимиялық құрылымның ерекшеліктерімен түсіндіріледі. Иондардың бұрмаланған координациясы және бұзылған байланыстары бар ақаулы құрылымдар термодинамикалық тұрақсыз болады.
Клинкер минералдарының ылғалдануының және байланыстырғыштық қасиеттердің пайда болуының себебі ,олардың сумен әрекеттесу кезінде тепе-теңдік күйіне ауысуы болып табылады. Аяқталған құрылымды құрылымдар минималды энергияға ие және суда инертті болып табылады.
Цемент негізінен әртүрлі қатынастардағы кальций оксидімен байланысқан алюминий, кремний, темір оксидтерінен тұрады. Қоспалар ретінде бос магний, кальций және т. б. оксидтері қолданылады.
Портландцемент
Портландцемент клинкердің химиялық және минералогиялық құрамы
Портланд цементі -бетон мен темірбетон жасау үшін кеңінен қолданылатын гидравликалық байланыстырғыш зат.
Шартты түрде тиісті оксидтерге қайта есептелген клинкердің қарапайым химиялық құрамы 3-кестеде келтірілген.
Портландцементті клинкердің химиялық құрамы
Кесте 3
Оксид
Массалық үлесі,%
СаО
62-68
Si02
18-26
А1203
4-9
Fe203
0,3-0,6
Портландцемент клинкерінің минералды құрамы 4 кестеде көрсетілген
Кесте 4
Портландцемент клинкерінің шамамен белгіленген минералогиялық құрамы
Минералдың аты
Формуласы
Шартты белгісі
Массалық үлесі, %
Үшкальцийлі силикат (алит)
3CaO· SiО2
C3S
40-65
Екікальцийлі силикат (белит)
2CaO· SiО2
C2S
15-40
Үшкальцийлі алюминат
ЗСаО· Аl2О3
С3А
5-15
Төрткальцийлі алюмоферрит (целит)
4CaO· Al2О3· Fe2О3
C4AF
10-20
Микроқұрылымы бойынша клинкер көптеген кристалды фазалардың күрделі, жұқа түйіршікті қоспасы және аз мөлшерде шыны тәрізді фазаны (6-10%) құрайды. Клинкер құрамында аз мөлшерде алюминаттар мен кальций алюминоферриттері бар. Цементтің қасиеттері оның компоненттерінің қасиеттеріне байланысты анықталады.
Алит - C3S - -жоғары беріктікке, қатаю жылдамдығына және цементтің басқа қасиеттеріне ие.
Белит - C2S - баяу қатаюымен сипатталады, бірақ уақыт өте келе цементке жоғары беріктік береді.
Целит С3А - тез қатаяды, бірақ оның қатаю өнімдері төмен беріктікке ие.
Алюмоферрит - С4АF - баяу қатаяды, бірақ оның өнімдерінің беріктігі гидратация өнімдеріне қарағанда жоғары.
Цемент клинкерінің гидролизі және гидратациясы
Цементті клинкер минералдары сусыз қосылыстар болып табылады, өйткені олар жоғары температурада пайда болды. Қалыпты температурада олар сумен әрекеттесіп, ерімейтін гидратты қосылыстар түзеді.
Клинкер минералдары-силикаттар мен кальций алюминаттары-күшті негіз бен әлсіз қышқыл тұздары. Судағы толық гидролизді реакция теңдеулерімен көрсетуге болады:
C3S+nH2О= 3СН ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz