-bob Portlandsementning kotishi, xossalari va ishlatilishi

8-bob Portlandsementning kotishi, xossalari va ishlatilishi.
1-§. Sementning suv bilan birikishi va hosil bo‘lgan mahsulotlarning
kimyoviy tarkibi
Portlandsement klinker, gips, aktiv mineral (gidravlik), shuningdek, boshqa
qo‘shilmalar aralashmasidan iborat. Bu moddalar portlandsementning qotish
jarayonida va sementtosh strukturasining o‘zgarishida ma’lum darajada ishtiroq etadi.
Ammo, yuqorida aytib o‘tilganidek, portlandsementning sifat ko‘rsatkichlari asosan
klinker miqdoriga ko‘ra aniqlanadi. Ko‘rsatilgan jarayonlarda maydalangan
klinkerning suv bilan o‘zaro ta’sir etishi ayniqsa qatta ahamiyatga ega.
Maydalangan sement klinkeri xech qanday aralashmasiz yoki qum yoxud qum
va shag‘al bilan suvda qorilganda, vaqt o‘tishi bilan tishlashib tobora mustahkamlana
boradigan va toshsimon holatga o‘tadigan sementtoshga, qorishmaga va betonga
aylanadigan plastik hamir, qorishma va beton hosil bo‘ladi.
Yangi hosil bo‘lgan kimyoviy birikmalarning tarkibi sementlarning kimyoviy
va mineralogik tarkibiga, shuningdek, reaksiya ketayotgan muhitda temperaturaning
o‘zgarishiga bog‘liq. Ma’lumki, oddiy portlandsementning klinker qismi kuyidagi
fazalardan iborat (% hisobida):
Alit C
3
S ……………………………………………………………..45…60
Belit C
2
S …………………………………………………………….20…30
Uch kalsiy alyuminat S
3
A (qisman 12CaO•7A1
2
O
3
)…… 5…12
C
4
AF (alyumoferrit fazasi) ……………………………….… 10…20
Shisha fazasi ………………………………………………………. 5…15
CaO (erkin holda) ………………………………………………… 0,5…1
MgO, erkin va boshqa fazalarda ……………………………. . 1…5
Na
2
O+K
2
O ishqoriy fazalarda ……………………………… 0,5…1
Murakkab tarkibli portlandsementning suv bilan birikishini va yangi hosil
bo‘gan maxsulotlarning sement fizik-mexanik xossalariga ta’sirini aniq bilish uchun
236
uning xar bir komponentining suv bilan reaksiyaga kirishishini ko‘rib chiqib, so‘ngra
murakkab jarayon haqida to‘la tushunchaga ega bo‘lishimiz mumkin.
Alit-klinkerda Al
2
O
3
va MgO qo‘shimchasi bilan birga uchraydigan C
3
S ning
qattiq eritmasi bo‘lib, suv bilan reaksiyaga kirishganda atrof-muxitning
temperaturasiga va kalsiy gidroksidning konsentratsiyasiga bog‘liq holda turli
gidrosilikatlar hosil qiladi.
Odatdagi temperatura va Ca(OH)
2
ning eritmadagi konsentratsiyasida CaO
hisoblansa, uning miqdori 0,05…1,1 g/l gacha bo‘lganda ma’lumotlarga ko‘ra C
3
S
ning gidratatsiyasi tufayli kam darajada kristallangan o‘zgaruvchan tarkibli CaO
0,8-
1,5
∙SiO
2
∙H
2
O
2,5-1
gidrosilikatlar hosil bo‘ladi. Eritmada Ca(OH)
2
ning konsentratsiyasi
qancha kam bo‘lsa, hosil bo‘lgan gidrosilikatlarning asosligi shuncha past bo‘ladi.
Bunday gidrosilikatlarni Bogg CSH(B) qo‘rinishidagi umumiy formula bilan yoki
Teylor – CSH(1) bilan belgilangan.
Eritmada Ca(OH)
2
ning konsentratsiyasi to‘yingan va o‘ta to‘yingan, Ca(OH)
2
ning eruvchanligi oshadigan (ayniqsa past temperaturada) darajaga etganda (masalan
10
0
C da CaO ning miqdori 1,25 g/l) C
3
S metastabil tarkibli gidrosilikat CaO
1,5-
2
∙SiO
2
∙nH
2
O ga aylanadi.
Bogga ko‘ra u C
2
SH
2
formulasi bilan, Teylorga ko‘ra C
2
SH(II) bilan
belgilanadi. Biroq qotuvchi sement xamiri aralashmasining temperaturasi 30…50
0
C
ga etganda, shuningdek Ca(OH)
2
ning eruvchanligini kamaytiruvchi eritmada
ishkorlarining borligi asosan 3CaO∙2SiO
2
∙3H
2
O tarkibli gidrosilikatlarni hosil
qilishga imkon beradi. Bu birikma CSH(B) gruppasiga taaluqlidir. SHuning uchun
yaxshi kristallangan tobermorit C
5
S
6
H
5
ham shu gruppaga kiradi.
Agar sement xamirida asosan 3CaO∙2SiO
2
∙3H
2
O hosil bo‘ladi deb farz qilsak,
u xolda C
3
S ning suv bilan reaksiyasi quyidagicha yoziladi
2(3CaO∙SiO
2
)+6H
2
O=3CaO∙2SiO
2
∙3H
2
O+Ca(OH)
2
Ko‘rinib turibdiki, bu reaksiyada uch kalsiyli silikat gidrolitik parchalanish
natijasida ko‘p miqdorda erkin kalsiyli gidroksid hosil bo‘ladi. Bu gidrat sementosh
237
strukturasini o‘zgartirish bilan birga uning suvda emirilishini tezlashtiradi. Bu
holning oldini olish usuli kuyida bayon etilgan.
CSH(B) gruppasidagi kalsiy gidrosilikatlar katlami kristallik strukturaga ega
bo‘lib, turli miqdorda H
2
O molekulalarini (2; 5; 1; 0,5) qator orasida ushlab turadi.
Bu suv esa kristall tekisliklari orasidagi bo‘shliqdan bug‘lanib ketishi va yana singib
kirishi mumkin. Natijada kristallik tur kirishadi va suv singib kirganda shishadi.
2…2,5 molekula suvli gidrosilikatlar odatdagi va bir oz temperatura ko‘tarilganida
ham barqaror turadi. Temperatura 100
0
C atrofida bo‘lganda gidrat suvning miqdori
bir molekulagacha kamayadi, temperatura 250
0
C gacha ortsa, suv molekulasi 0,5
qoladi.
450…500
0
C
temperaturada
gidrat
strukturasi
o‘zgarmasdan
gidrosilikatlarning to‘la suvsizlanishi boshlanadi. 700…800
0
C da to‘r o‘zgarib
anchagina kirishadi va natijada
– vollastonit hosil bo‘ladi.
CSH(B) va C
2
SH
2
gruppasidagi gidrosilikatlar qalinligi 20…30 Å ikki-uch
molekula qatlam atrofida, kengligi 400…500 Å , o‘rtacha uzunligi 1 mkm ga yaqin
juda yupka barg kabi hosil bo‘ladi. Yangi maxsulot zarrachalarining solishtirma satxi:
ikki qatlamning qalinligi 376 m
2
/g, uch qatlamining qalinligi 252 m
2
/g.
Ko‘p ma’lumotlarga ko‘ra yangi mahsulotlarning, ayniqsa yuqori asoslilarning
tarkibi C/S nisbat (ko‘pi bilan 1,3) bilan ifodalansa, ichi bo‘sh tola kabi rulonga
aylanishga moyil bo‘lib qoladi. Tolaning ichki va tashqi sathiga adsorbsiya kuchlari
ta’sirida turli tezlik bilan ushlanib turgan suv molekulalari joylashadi. Vakuum yoki
qizdirish vaqtida suv bu oraliq (bo‘shliq) lardan asta-sekin bug‘lana boshlaydi.
Kristallar tarkibiga kiruvchi va to‘r qatlari orasiga joylashgan hamda oldindan
qo‘shimcha valentliklar bilan birikkan suv molekulalari juda katta qiyinchilik bilan
bartaraf etiladi.
CSH(B) va C
2
SH
2
gidrosilikatlarni muntazam ravishda suv bilan ishlansa,
Ca(OH)
2
erib yuvilishi hisobiga ular to‘la parchalanadi. Yuvilmay qolgan qattiq qism
asosan g‘ovak holatdagi suvli qumtuproqdan iborat.
C
3
S ning yuqori temperaturalardagi 50…100°C gidratatsiyasi yuqorida aytib
o‘tilgan CSH(B) va qisman C
2
SH
2
tipdagi kalsiy gidrosilikatlarni hosil qiladi. Shu
238
gidrosilikatlarni eritmada Ca(OH)
2
ning konsentratsiyalari ma’lum miqdorga etganda
belit ham hosil qiladi. Bu holda gelsimon CSH(B) va C
2
SH
2
bilan birga Ca(OH)
2
ham
hosil bo‘ladi, ammo uning miqdori C
3
S gidratatsiyalangandagiga nisbatan kam
bo‘ladi. Bu reaksiya mahsuli tarkib jihatdan C
3
S gidrolizi natijasida hosil bo‘ladigan
gidrosilikatlarga o‘xshash.
Zamonaviy ma’lumotlarga ko‘ra, C
2
S ning 175…200
0
C temperaturadagi
gidratatsiyasi Ca(OH)
2
; C
2
SH
2
; C
2
SH(A); [(1,8…2,4) CaO∙SiO
2
(1…1,25)∙H
2
O)]
lardan iborat turli maxsulotlarni va uch kalsiyli gidrosilikat C
3
SH
1,5
ni hosil qiladi.
Ko‘rsatib o‘tilgan gidrosilikatlarning qaysisi qo‘p hosil bo‘lishi temperatura, issiq-
nam sharoitda ishlov berishning vaqtiga va boshqa faktorlarga bog‘liq.
-ikki kalsili silikat 160
0
C temperaturagacha gidratatsiya jarayonida C
2
SH
2
ni
hosil qiladi. Bu birikma yana yuqoriroq temperaturalarda C
2
SH(A) ga, Teylor
bo‘yicha esa ning
-gidratiga o‘tadi.
C
3
S va C
2
S ning kvars qumi bilan 10:30 va 50:50 nisbatdagi aralashmasi
175…200
0
C temperaturada 8…10 soat davomida issiq-nam sharoitda ishlov
berilganda CSH(B) qum kam bo‘lganda CSH(B) bilan birgalikda C
2
SH(A) hosil
bo‘ladi.
CSH(B)
tipdagi
gidrosilikatlar
150…200
0
C
temperaturada
10…20
monomolekulalar qalinligidagi plastinkadan iborat bo‘ladi. Bu esa yangi
maxsulotlarning oddiy temperaturada hosil bo‘lgandagiga nisbatan solishtirma sathini
juda ham kamaytirib yuboradi. Kristallanish darajasi ancha ortadi.
Uch kalsili alyuminat C
3
A odatdagi sharoitda gidratatsiyalanganda oldin
metastabil geksagonal plastinkasimon birikma-3CaO∙Al
2
O
3
∙(10…12)H
2
O hosil
bo‘ladi. Ammo bu modda ikki kalsiy va to‘rt kalsiy gidroalyuminatlarining
ekvimolyar nisbatdagi aralashmasidan iborat deb taxmin qilinadi. Bu faza nisbatan
past temperaturalarda va namlik kamroq bo‘lgan muxitda bir qism gidrat suvni
yo‘qotadi (10…8 H
2
O gacha) 105
0
C temperaturada gidrat suvning miqdori 6…8H
2
O
gacha kamayadi. Suv eritmasidan Ca(OH)
2
ning konsentratsiyasi ko‘pi bilan CaO
239
hisobida 1,08 g/l bo‘lsa, yuqorida ko‘rsatilgan faza asta-sekin 4CaOAl
2
O
3
∙13H
2
O ga
aylana boshlaydi.
To‘rt kalsili gidroalyuminat 19H
2
O holida ham hosil bo‘lishi mumkin. Biroq
nisbiy namligi 80% atrofida bo‘lgan muhitda gidrat suvining miqdori 13H
2
O gacha
kamayadi, bu esa gidratning kirishuviga sababchi bo‘ladi.
25
0
C temperaturadan yuqorida geksagonal plastinkasimon faza C
3
AH
12
, 1050C
da barqaror kubsimon 3CaO∙Al
2
O
3
∙6H
2
O ga o‘tish qobiliyatiga ega bo‘ladi. 275
0
C va
undan yuqori temperaturada bu birikma 3CaO∙Al
2
O
3
∙1,5H
2
O ga aylanadi.
Eritmada CaO ning konsentratsiyasi kamida 0,25…0,35 g/l va temperaturali
20
0
C ga yaqin bo‘lganda 3CaO∙Al
2
O
3
∙6H
2
O parchalanib Ca(OH)
3
va A1(OH)
3
—
gibbsitlar hosil bo‘ladi. C
3
A avtoklavlarda issiq suv bilan ishlanganda 215
0
C gacha
barqaror 3CaO∙Al
2
O
3
∙6H
2
O ga o‘tadi.
C
3
A ning mayin qilib tuyilgan kvars qum bilan aralashmasiga (masalan
og‘irligi bo‘yicha 1:1 nisbatda) avtoklavda (175…200
0
C) ishlov berilsa umumiy
formulasi 3CaO∙A1
2
O
3
∙xSiO
2
∙(6—2x) H
2
O ko‘rinishidagi gidrogranat va tobermorit
[CSH(B)] hosil bo‘ladi. Odatda x=0,3…0,5. Toza C
3
A shunday avtoklav ishlovidan
so‘ng mustahkamlikka deyarli ega bulmaydi, uning qum bilan aralashmasi esa katta
mustahkamlikka ega.
C
3
A suv va gipsning turli modifikatsiyalari ishtirokida odatdagi temperaturada
gidratlanib
gidrosulfoalyuminat
deb
ataluvchi
kompleks
birikma
3CaO∙Al
2
O
3
∙3CaSO
4
(30…32)H
2
O hosil qiladi. Bu birikma gidrosulfoalyuminatning
yuqori sulfatli shakli deb xam ataladi. U odatda Ca(OH)
2
ning to‘yingan eritmasidan
quyidagi reaksiya bo‘yicha hosil bo‘ladi:
3CaO∙Al
2
O
3
+3CaSO
3
∙2H
2
O+25H
2
O=3CaO∙Al
2
O
3
∙3CaSO
4
∙31H
2
O
Tabiatda uchraydigan bunday tarkibli mineral modda ettringit deb ataladi.
Ca(OH)
2
va
kalsiy
sulfatning
past
konsentratsiyalarida
asosan
gidrosulfoalyuminatning bir sulfatli formasi hosil bo‘ladi. U ko‘pincha
4CaO∙Al
2
O
3
∙13H
2
O bilan qattiq eritma hosil qiladi, uning formulasi quyidagicha:
3CaO∙Al
2
O
3
∙Ca(OH)
2
∙12H
2
O
240
Suvli eritmalarda kalsiy oksidning miqdori 0,027 g/l dan kam bo‘lsa uch
sulfatli formadagi gidrosulfoalyuminat barkaror bo‘lmaydi.
70…110
0
C temperaturada uch sulfatli formadagi gidrosulfoalyuminat avvalgi
suvning miqdori 8…10 H
2
O bo‘lguncha degidratlanadi, so‘ngra esa bir sulfatli
formasi va gips hosil bo‘lguncha parchalanadi. Gidrosulfoalyuminatlarning ikkala
formasi ham avtoklav ishlovida (175…200
0
C) C
3
AH
6
, yarim molekula suvli gips va
angidrid hosil qilib parchalanib ketadi. Uch sulfatli forma magniy sulfat va ishqoriy
karbonatlar ta’sirida parchalanadi, ammo natriy va kalsiy xlor tuzlarining eritmasida
barqaror turadi. Uch sulfatli formaning zichligi 1730 kg/m
3
(25
0
C temperaturada), bir
sulfatli formaning zichligi esa 1950 kg/m
3
(20
0
C temperaturada). Birinchisi ko‘pincha
ninasimon ko‘rinishdagi kristallar, ikkinchisi geksagonal plastinkalar holida hosil
bo‘ladi.
Tarkibi va strukturasiga ko‘ra gidrosulfoalyuminatlarga o‘xshash boshqa sulfo-
, karbo-, xloralyuminat deb ataluvchi kompleks birikmalar ham bor, ular quyidagilar:
3CaO∙Al
2
O
3
∙CaSO
3
∙12H
2
O; 3CaO∙Al
2
O
3
∙3CaSO
3
∙31H
2
O-gidrosulfoalyuminat,
3CaOAl
2
O
3
∙CaCO
3
∙12H
2
O; 3CaO∙Al
2
O
3
∙3CaCO
3
∙31H
2
O-gidrokarboalyuminat,
3CaO∙Al
2
O
3
∙CaCl
2
∙10H
2
O-gidroxloralyuminat kalsiy va boshqalar.
Alyumoferrit fazasi suv bilan quyidagi reaksiyaga kirishadi:
4CaO∙Al
2
O
3
∙Fe
2
O
3
+7H
2
O= 3CaO∙Al
2
O
3
∙6H
2
O+CaO∙Fe
2
O
3
∙H
2
O
Ammo ko‘p miqdordagi suv tarkibida Ca(OH)
2
ning bo‘lishi bir kalsiy
gidroferritning to‘rt kalsiy ferritli gidratga quyidagi reaksiya bo‘yicha aylantiradi.
CaO∙Fe
2
O
3
∙H
2
O+3Ca(OH)
2
+10H
2
O=4CaOFe
2
O
3
∙13H
2
O
Selit va ferritli sementlar tarkibida ikki kalsili ferrit bor. U gidratatsiyalanganda
ikki kalsiy gidroferrit 2CaO∙Fe
2
O
3
∙H
2
O ni beradi. Bu birikma Ca(OH)
2
eritmalarida
3CaO∙Fe
2
O
3
∙6H
2
O ga ayrim ma’lumotlarga binoan esa 4CaOFe
2
O
3
∙13H
2
O ga o‘tadi.
241
Shuni ham ta’kidlab o‘tish kerakki, C
4
AF suv bilan reaksiyaga kirishganda
xossalari va tarkibi jihatdan gidratatsiyalanayotganda hosil bo‘ladigan C
3
A ga
o‘xshash olti molekula suvli kalsiy gidroalyuminat hosil bo‘ladi.
Kalsiy gidroferrit asosining bu kabi, bir kalsiy ferritdan uch va to‘rt ferritgacha
ortishi, ya’ni CaO ning ko‘payishi kalsiy gidroalyuminatlarga ham xosdir. Mineral
asosi ortganda esa uning suv-nam sharoitlardagi barqarorligi ancha pasayishi
mumkin. Shuning uchun muayyan sharoitlarda ishlatiladigan beton konstruksiyalarga
mo‘ljallangan sementlar tanlanganda minerallar tarkibining ana shunday o‘zgarishini
hisobga olish zarur.
Klinker minerallarining suv bilan o‘zaro ta’sir etish jarayoni hamma vaqt bir
xil tezlikda o‘taveradi. C
3
A suv bilan ancha tez ta’sir etishadi, C
4
AF esa bir muncha
sekinroq, C
3
S undan xam sekin, C
2
S juda sust ta’sir etishadi.
Uch va to‘rt kalsili gidroalyuminat va gidroferritlarning bir xil tarkiblisi bir
vaqtning o‘zida hosil bo‘la boshlasa, umumiy formulasi 3CaO∙(Al
2
O
3
∙Fe
2
O
3
)∙6H
2
O
va 4CaO∙(Al
2
O
3
∙Fe
2
O
3
)∙13H
2
O bo‘lgan qattiq eritmalar hosil bo‘ladi.
Gidroferritlar gidroalyuminatlar singari gips va kalsiy xlor bilan kompleks
birikmalar [3CaO∙Fe
2
O
3
∙3CaSO
4
∙(30-32)H
2
O va 3CaO∙Fe
2
O
3
∙CaSO
4
∙12H
2
O] hosil
qiladi. Tuyilgan qum bilan 175…200
0
C temperaturada gidrogranatlarni
[3CaO∙(Al
2
O
3
∙Fe
2
O
3
)∙xSiO
2
∙(6-2x)∙H
2
O]
va shuningdek CSH(B) tipdagi gidrosilikatlarni hosil qiladi. C
2
F xam avtoklavda
issiq nam ishlovga uchratilsa, huddi shunday jarayon namoyon bo‘ladi.
Sementning shisha fazasi suv bilan biriksa C
3
AH
6
va CFH
6
ning qattiq
eritmalari va avtoklav sharoitida gidrogranatlar hosil bo‘ladi. Sementlar tarkibidagi
erkin CaO va MgO suv bilan reaksiyaga sust kirishib gidratlanadi, ularni har birining
miqdori 1% dan ortiq bo‘lsa, hajmi notekis o‘zgaradi. Bu esa qotib qolgan
sementtosh ichida kuchli kuchlanishlar paydo bo‘lishiga sababchi bo‘ladi.
Sement tarkibidagi alyuminat, alyumoferrit va shisha fazasidagi Na
2
O+K
2
O
suv bilan reaksiyaga kirishganda unda erib NaOH va KON hosil bo‘ladi. CaSO
4
242
ishtirokida ishqorlar u bilan reaksiyaga kirishib Na
2
SO
4
va K
2
SO
4
ni beradi. Natriy va
kaliy ishqorlari suvda Ca(OH)
2
ning konsentratsiyasini pasaytirib, belvosita vujudga
keladigan kalsiy gidrosilikatlarning tarkibiga ta’sir ko‘rsatadi. Odatda sement
xamirining suvli eritmasida ishqorlarning umumiy miqdori 1% dan ortmaydi.
Ikki molekula suvli gips portlandsementga sementning tishlashish muddatlarini
uzaytirish maqsadida klinkerni tuyayotganda qo‘shiladi. Tuyish paytida tegirmonda
materialning temperaturasi anchagacha ko‘tariladi, natijada ikki molekula suvli gips,
yarim molekula suvli gips va eruvchan angidridga aylanadi. Bular suv ishtirokida
tezlik bilan ikki molekula suvli gipsga aylanadi. Sement tarkibidagi gips bilan birga
suvda qorilganda u klinker tarkibidagi alyuminat va alyumoferritlar bilan murakkab
reaksiyalarga kirishib, yuqorida aytib o‘tilgan kompleks birikmalarni hosil qiladi.
Portlandsementning suv bilan reaksiyaga kirishining, sement tarkibiga kiruvchi
ayrim minerallarning va fazalarning gidratatsiyasi va gidrolizidan boshlanadi.
Birinchi navbatda suv bilan C
3
A reaksiyaga kirishib, umumiy tarkibli
gidroalyuminatlar aralashmasini (C
3
AH
10-12
) va so‘ngra, C
4
AF ning gidratini hosil
qiladi. C
3
S bir muncha sust gidratlanadi va gidrolizlanadi. U suvni Ca(OH)
2
ga
to‘yintirib boradi. Belit esa suv bilan o‘ta sust reaksiyaga kirishadi. Ayni bir vaqtda
murakkab ikkilamchi reaksiyalar ham ketadi. Ulardan ayrimlari uch sulfatli
formadagi
gidrosulfoalyuminat
va
gidrosulfoferritlarni
hosil
qiladi.
Bu
birikmalarning qattiq eritma holda hosil bo‘lishi suyuq muhitda Ca(OH)
2
va CaSO
4
ning konsentratsiyasi yuqoriligini ko‘rsatadi. Umumiy tarkibli gidrosulfoalyuminatlar
C
3
(AF)∙3CaSO
4
(30-32)∙H
2
O yomon eruvchanligi tufayli o‘ta mayda dispers
zarrachali qattiq faza hosil qiladi. Bu zarrachalarni ba’zan mikroskop orqali ham
ko‘rib bo‘lmaydi. Keyinchalik sistemada kalsiy sulfatning miqdori kamayib borishi
tufayli, uch sulfatli faza asta-sekin bir sulfatli fazaga ayni shu vaqtning o‘zida tarkibi
C
3
(AF)∙CaSO
4
∙12H
2
O va C
4
(AF)∙13H
2
O dan tashkil topgan murakkab qattiq eritmali
birikmalarni hosil qiladi. Havodagi CO
2
ning ishtirokida qisman C
3
A
|