-§ Yarim molekula suvli gipsning qotishi

3-§ Yarim molekula suvli gipsning qotishi.
Yarim molekula suvli gipsning tishlashish va qotish mexanizmi haqidagi
masala ko‘p vaqtlardan beri tadqiqotchilar diqqatini jalb etib keladi.
Le-Shatele (1887 y) nazariyasiga ko‘ra, gipsning tishlashishi va qotishi
kuyidagicha ketadi. Yarim molekula suvli gips suvda aralashtirilganda, u erib
metastabil to‘yingan suvli eritma hosil bo‘ladi. U eritmada yarim gidrat suv bilan
o‘zaro ta’sirlashib, ikki molekula suvli gipsga aylanadi va eritmadan ajralib chiqadi,
yarim gidratning suvda eruvchanligi 20°C temperaturada 8 g/l, ikki gidratning
eruvchanligi esa 2 g/l. O‘ta to‘yingan eritmadan ikki molekula suvli gips ajrala
borgan sari uning kristallchalari ko‘payadi,
Bir-biri bilan chirmashib bitishib, boshlang‘ich aralashmaning tishlashishi va
qotishi uchun imkon yaratadi. Tishlashish boshlangandan so‘ng qotayotgan gips
strukturasining bo‘zilishi uning mustahkamligini keskin pasaytirib yuboradi, shuning
uchun kristallar endi hosil bo‘la boshlaganda tishlashishning dastlabki bosqichida
gips strukturasini buzishi mumkin.
Keyinchalik yarim molekula suvli gipsning (shuningdek, boshqa bog‘lovchi
moddalarning) A. A. Baykov tomonidan ishlab chiqilgan nazariyasi o‘rtaga tashlandi.
Bu nazariyaga binoan qotish jarayoni uch bosqichga bo‘linadi. Birinchi bosqichda
35
suvda yarimgidrat erib, uning to‘yingan eritmasi hosil bo‘ladi. Birinchi bosqich bilan
deyarli bir vaqtda boshlanuvchi ikkinchi bosqichda suvning yarim molekula suvli
gips bilan o‘zaro ta’siri ketadi. Bunda ikki molekula suvli gips kolloid o‘lchamidagi
(0,2 mkm dan kichik) yuqori darajada disperslangan kristall zarralar tarzida hosil
bo‘lib, ayni vaqtda aralashmaning tishlashishi ro‘y beradi.
Uchinchi bosqichda ikki gidratning o‘ta eruvchan mayda zarralari qayta
kristallanib yana ham yirik kristallar hosil qiladi, bu esa o‘z navbatida sistemaning
qotishini va uning mustahkamligini ortishini ta’minlaydi.
So‘nggi o‘n yillar mobaynida bog‘lovchi moddalar, xususan, gipsli
moddalarning qotishiga oid yuqorida ko‘rsatib o‘tilgan asosiy nazariyalar yana
rivojlandi. Chunonchi, V.N.Juravlev, S.D.Okorokov, M.I.Strelkov, G.N.Siversev va
boshqalar
bog‘lovchi moddalar qotishining kolloid-kimyoviy nazariyasini
rivojlantirishdi.
S.D.Okorokov bog‘lovchi moddalarning qotishini o‘rganib, kolloidlanish
bosqichining bo‘lishi shart va shu bosqichda qoritqi suvning ta’sirida qattiq
moddaning disperslanish jarayoni ketadi degan xulosaga keldi.
V.N.Juravlev fikricha, kristall to‘r yuzalari suvni seolit singari singdirishi
natijasida bog‘lovchi minerallar gidratatsiyalanadi. Donalar sirtida to‘plangan
gidratatsiyalangan qobiqlar sekin-asta emirilib, gidratning qo‘plab mayda kristallari
tarzida qoritqi suviga o‘tadi, shu vaqtda tarang hamda deformatsiyalangan kristall to‘r
barqaror notarang to‘rga aylanadi. Bundagipsning qotish jarayonida gelning kristall
payvandlanish tarzidagi qayta kristallanishi tufayli mustahkamlik ortadi.
M. I. Strelkov ma’lumotiga binoan, yarim molekula suvli gipsning zarralariga
dastlab suv tekkanda avval notug‘ri shaklli mayda zarralar tarzidagi qisman
gidratlangan yarim gidratga aylanadi. Bunday zarralar oson eriydy (chunki ularning
strukturasida nuqsonlar bor)va avval plastinkasimon hamda igna-simon kristallarga
aylanadi, keyin ikki gidratning yaxlit payvandlangan, chirmashgan kristallari hosil
bo‘ladi.
36
V.V.Konstantinov va N.V.Topchieva, gipsning qotish jarayonini mikroskop
ostida o‘rganish asosida yarim molekula suvli gipsning qattiq fazasida suv bilan
bevosita birikish yo‘li bilan yarim molekula suvli gips gidratatsiyalanadi degan fikrga
keldilar. Eypeltauer o‘tkazilgan tajribalar ham yarim molekula suvli gipsning suvda
erimay turib to‘g‘ridan-to‘g‘ri suv bilan birikishi mumkinligini ko‘rsatdi.
P.A.Rebinder, E.E.Segalova, V.B.Ratinov, O.V.Kunsevich va boshqalar Le
Щatele fikrining to‘g‘ri ekanligini isbotladilar. P.A.Rebinder va E.E.Segalova o‘z
izlanishlarida yarim molekula suvli gips Le Shatele sxemasi bo‘yicha
gidratatsiyalanib, kristallangan struktura hosil qilishini ko‘rsatib berdilar. Ular
mustahkamlik ortishining to‘xtashini yoki, hatto uning yarim molekula suvli
gipsning butunlay ikki molekula suvli gipsga aylanguniga qadar mustahkamlik
pasayishini —qotgan jismning yaxlit kristallizatsiya strukturasi hosil bo‘lishiga olib
keluvchi bitish choqlarida kristallarning muayyan yo‘nalishda o‘sish jarayonida hosil
bo‘ladigan ichki kuchlanishlar ta’sirida strukturaning qisman bo‘zilishi bilan
izohlashdi. Gips suvga qorilgandan so‘ng 30...40 minut o‘tgach, ya’ni bog‘lovchi
moddaning gidratatsiyalanish jarayoni tugashi oldidan nam holatdagi eng yuqori
mustahkamlik ta’minlanadi. Mustahkamlikning bundan keyingi ortishi gidratatsiya
bilan emas, balki suvning bug‘lanishi va materialning qurishi bilan izohlanadi.
Kristallar yuzasini namlab turuvchi suvning yo‘qolishi (parlanib ketishi) birinchidan
mustahkamlikning ortishiga olib keladi, ikkinchidan esa kristallarning bir-biriga
nisbatan sirg‘alishini yo‘qotadi va og‘irliq ostida siljish deformatsiyasini keskin
kamaytiradi.
P.A.Rebinder va E.E.Segalova bir guruh ilmiy xodimlar bilan olib borgan
tadqiqotlari natijasida quymalarning mustahkamligi kristallarning katta-kichikligi
bilan ular o‘rtasidagi tutashuv maydonlarining nisbatiga bog‘liqdir, shu nisbatni
o‘zgartirish yo‘li bilan gipsning qayta kristallanish vaqtida uning mustahkamligini
pasaytirish mumkin degan xulosaga keldilar. Bu tadqiqotchilarning fikricha, gipsning
qotish tezligini kamaytirish orqali mustahkamlikni minimal darajagacha kamaytirsa
bo‘ladi.
37
O.V.Kuznetsovich,
Ya.L.Zabejinskiy,
V.B.Ratinov
va
boshqalarning
tadqiqotlarida geterogen sistemalarda fazoviy o‘zgarishlar haqidagi ma’lumotlar
asosida qotishning kristallanish mexanizmi nazariyasi yanada rivojlantirildi. Masalan,
V.B.Ratinov va boshqalar gidratning yangi hosilalarining kristallga aylanish jarayoni
sifatida gidratatsiya kinetikasini miqdoriy tavsiyalashdi: Gidratlanish reaksiyasining
davomliligi yarim molekula suvli gips suspeiziyalarida vujudga keladigan tuyinish
miqdori bilan belgilanadi, turli qo‘shilmalarning qotish jarayoniga tezlatgich va
sekinlatgich ta’siri yarim gidrat, shuningdek, ikki gidratning erish tezligiga bog‘liq.
Bunda yarim gidratning hosil bo‘layotgan ikki gidratga nisbatan tuyinish
darajasiga (C
r
/C
o
) bog‘liq ravishda kristallanish jarayonining tezlashishi yoki
sekinlashishi mumkin. C
r
/C
o
ning ortishi kristallanishni tezlashtiradi va aksincha, C
r
/C
o
ning kamayishi bu jarayonni susaytiradi. Binobarin, erimaydigan angidritda
bog‘lovchilik hossalarining deyarli butunlay yo‘qligini
-va
-
2
1
4
CaSO
H
2
0 ga
nisbatan ancha to‘yingan eritmalar hosil qiladigan eruvchan angidrit hamda
suvsizlantirilgan yarim gidratning qotish tezligi ikki gidratga nisbatan yuqori ekanini
shu bilan izoxlash mumkin.
A.V.Voljenskiyning fikricha, gidrat birikmalarining hosil bo‘lish mexanizmi
dastlabki moddalarning xossalariga va ular bilan suv o‘rtasida reaksiya ketadigan
sharoitlarga bog‘lik. Bunda bog‘lovchi moddalarning, ayniqsa polimineral mod-
dalarning o‘zaro ta’siri ikki yoqlama bo‘lishi mumkin: suv muhiti orqali ularning
erishi bilan, ya’ni Le Shatele sxemasi bo‘yicha va suvning dastlabki materialga
to‘g‘ridan-to‘g‘ri birikishi bilan, ya’ni Mixaelis hamda A.A.Baykov sxemasi
bo‘yicha.
Suv bilan o‘zaro ta’sirlashuvda bog‘lovchi moddalar reaksiyaga qanchalik
moyil bo‘lsa va undagi zarrachalarning tashqi va ichki yuzalari qanchalik katta
bo‘lsa, shuningdek, bog‘lovchi moddali qorishmada suv qanchalik kam va qorishma
temperaturasi qancha yuqori bo‘lsa, suvning qattiq faza bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri biri-
kishi uchun imkoniyat shuncha qulay hisoblanadi.
38
A.V.Voljenskiyning fikricha, qotish jarayonini tekshirish faqat gidratatsiya
mexanizmini aniqlashdangina iborat bo‘lmasligi kerak; suvning birikish jarayonining
o‘zi emas, balki uning gidratatsiya mahsuloti xususiyatiga ta’siri, hosil bo‘ladigan
gidrat zarrachalarining kogezion xossalariga, ularning dispersligi va shakllariga
bog‘liq bo‘lgan gidratatsiya mahsulotlarining bog‘lovchilik xususiyati va texnikaviy
xossalari katta ahamiyatga ega. Yangi hosil bo‘lgan hosilalarning zarrachalari
qanchalik dispers bo‘lsa, olimlarning fikricha, ularning bog‘lovchilik qobiliyati shu
qadar yuqori bo‘ladi .
Shuni ta’kidlab o‘tish kerakki, gidratlarning hosil bo‘lish mexanizmiga
qaraganda, qotgan tosh strukturasining shakllanish jarayoni haqidagi fikrlar bir-
biridan keskin farqqiladi.
P.A.Rebinder, E.E.Segalova va boshqalar, shuningdek A.F.Polakning fikricha,
ikki gidrat kristallga aylanishida struktura hosil bo‘lishi ikki bosqichda ketadi.
Birinchi bosqichda kristallovchi struktura sinchlari щakllanib, yangi hosila
kristallchalari bilan kristallarning ehtimoliy o‘sishi o‘rtasida birikuv (kontakt) yuzaga
keladi. Ikkinchi bosqichda esa yangi kristallanish kontaktlari vujudga kelmaydi, balki
mavjud sinchlarining atrofi qoplanaveradi, ya’ni uni tashkil etuvchi kristallchalarning
o‘sishi kuzatiladi. Bunda, ham struktura mustahkamligi ortadi, ham kristallarning
muayyan yo‘nalishda o‘sishi natijasida vujudga keladigan ichki cho‘zuvchi
kuchlanishlar hosil bo‘lishi hisobiga struktura mustahkamligi kamayishi mumkin.
Qotishning natijaviy mustahkamligi ko‘p jixatdan qotayotgan suspenziyaning suyuq
fazasida tuyinish miqdori va kinetikasi bilan belgilanadi, bu esa birlamchi bog‘lovchi
moddaning eruvchanligiga va uni erishining umumiy tezligiga bog‘liq. Kristallarning
o‘sishi uchun qanchalik qulay sharoit yaratilsa (to‘yinish va reaksiya umumiy tezligi
kam bo‘lsa), struktura mustahkamligini pasaytiruvchi kuchlanishlar shu qadar ko‘p
bo‘ladi. Aksincha, kristallchalarning yangi mo‘rtaklari va ular o‘rtasidagi
tutashuvning hosil bo‘lishi uchun qanchalik qulay sharoit vujudga kelsa (yuqori
darajada tuyinish, erishning umumiy tezligi katta bo‘lishi), kuchlanish shu qadar
pasayadi. Biroqqotish strukturasini tashkil etuvchi kristallchalarning juda maydaliligi
39
uning
mustahkamligini
susaytiradi.
Mutaxassislarning
fikricha,
struktura
mustahkamligining eng yuqori bo‘lishiga erishish uchun gidratatsiya jarayoni optimal
sharoitlarda o‘tishi kerak. Bunday sharoitlar past kuchlanishlarda etarli kattalikdagi
yangi hosila kristallchalari hosil bo‘lishini ta’minlaydi, ayni vaqtda kristallanish
strukturasining shakllanishi va rivojlanishi ro’y beradi. E.Stoklos olib borgan
tadqiqotlarning ko‘rsatishicha, qotish strukturalarining haqiqiy mustahkamligi,
aytilganlardan tashqari, birikuv erlarida uzun kristalchalarning bog‘dagi bog‘liqligi
bilan ham belgilanadiki, bu bog‘liqlik «shartli-koagulyasion» deb ataladi. Bu
bog‘liqliklar koagulyasion bog‘liqliklarga nisbatan ancha mustahkam. Ular material
quriganda namoyon bo‘ladi . Biroq material namlanganda ularning mustahkamligi
koagulyasiya kontaktlarining mustahkamligi darajasiga qadar pasayadi, navbatdagi
to‘liqqurishi natijasida mustahkamlik yana tiklanishi mumkin.
Shunday qilib, strukturaning mustahkamligi to‘yingan eritmalardan iborat
gidrat birikmalarining kristallanishi bilan ta’minlanadi. A. A. Baykovning fikricha
yuqorida aytilganidek, qotayotgan sistema mustahkamligi yangi hosila zarralarining
qayta kristallanishi hisobiga ortadi. Mayda kristallchalarning aynan kimyoviy va
modifikatsiya tarkibiga ega bo‘lgan yirik kristallchalarga nisbatan yuqori darajada
eruvchanligi qayta kristallanish imkonini beradi. Bu o‘rinda tarkibi bir xil bo‘lgan
kristallar yiriklashadi, vaholanki, kristallanish kristallar kimyoviy tarkibining yoki
strukturasining o‘zgarishiga bog‘liq. Qayta kristallanish termodinamik jixatdan
muqarrar jarayondir, chunki mayda kristallchalar ortiqcha erkin sirt energiyasiga
(shunga muvofiq tarzda katta eruvchanlikka) ega, kristallar yiriklasha borgan sari bu
energiya ham kamayadi. Kayta kristallanish va kristallarning yiriklashuvi odatda
(jumladan, A.A.Baykov taxmin qilganidek), material mustahkamligining ortishiga
emas, balki kamayishiga olib keladi, mayda kristall strukturaning mustahkamligi esa
yuqori. Shunga muvofiqholda A.V.Voljenskiy yangi hosilalar strukturasini betonning
fizik va fizik-mexanik xossalariga ta’siri haqidagi gipotezasini yaratdi. Yangi
hosilalar dispers zarrachalarning ahamiyati hamda ularning bog‘lovchi qobiliyatini
belgilovchi sirt energiyasi potensiali haqidagi fikrlar shu gipotezaning asosini tashkil
40
etdi. Urinish nuqtalari soni ko‘p bo‘lganda bog‘lovchilik qobiliyati Vander-Vaals
kuchlarining ishkalanishi, shuningdek, kimyoviy bog‘larning rivojlanishi tufayli
yuzaga chiqadi. Shunday qilib, yangi hosilalar zarrachalarining maksimal solishtirma
sirti sistemasiga erishilganda eng yuqori mustahkamlik ta’minlanadi. Biroq
A.V.Voljenskiyning fikricha, yangi hosilalar zarrachalarining bog‘lovchi kobiliyatga
ega bo‘lishiga faqat ularning dispersligi emas, balki kogeziya formasi hamda ular-
ning o‘ziga xos xossalari ta’sir ko‘rsatishi kerak.
Gidrat yangi hosilalari zarralarining yuqori darajada dispersligi, ayniqsa yuqori
dispers zarrachalarning suv adsorbsiyasiga ancha moyilligi tufayli, zarrachalarning,
qotgan sistemalarning sirg‘anuvchanlik plastik deformatsiyasiga moyilligini oshiradi.
Umuman A.V.Voljenskiy gipotezasiga ko‘ra, sementlovchi moddalarning hosil
bo‘lish mexanizmida biror mustahkamlikka erishish kuyidagicha namoyon bo‘ladi.
Bog‘lovchi modda qotishining boshlang‘ich bosqichida gellar xususiyatiga ega
bo‘lgan yuqori darajada dispers holidagi zarralar tarzida gidrat birikmalari hosil
bo‘ladi. Bunda sistema mustahkamligi birinchi navbatda yuqori dispers zarralar
konsentratsiyasining ko‘payishi hisobiga ortadi. Shu bilan bir vaqtda, ilgari hosil
bo‘lgan zarrachalarning yiriklashuv jarayoni, binobarin, ular solishtirma yuzasi va
bog‘lash qobiliyatining kamayish jarayoni ham ketadi. Qotish xaqtida yangi hosilalar
zarrachalarining umumiy yuzasi ma’lum darajagacha kattalashadi. Keyinchalik u
barqarorlashish yoki ekran pardasi vujudga kelib, sistemada dastlabki tarkibiy
qismlar miqdori kamayishi, shuningdek qulay sharoitda zarrachalarning yiriklashish
jarayoni davom etishi sababli bog‘lovchi moddaning suv bilan ta’sirlashuvi to‘xtashi
natijasida reaksiya ham susayib ketishi mumkin. Bu jarayon sistemaning
mustahkamligiga salbiy ta’sir etishi lozim, sistema mustahkamligi qotishning so‘nggi
bosqichida, yangi hosilalar zarrachalarining solishtirma yuzasi singari, eng yuqori
darajadan o‘tishi kerak. Uning boshlanishi ham bog‘lovchi moddalarning hosilalari
bilan, ham qotish sharoiti bilan belgilanadi.
Yangi hosilalar solishtirma yuzasini gipsning qotish jarayoniga ta’sirini bir
qancha olimlar tekshirganlar. Chunonchi, Shvitte va Knauf yangi hosilalar
41
solishtirma yuzasini BET (azot adsorbsiyasini o‘lchash) usulida yarim gidratning suv
bilan ta’sirida o‘lchaganlar. Bunda gips bilan suv o‘rtasidagi oraliq reaksiya, metanol
namunasida ishlov berilib, belgilangan vaqtda to‘xtatiladi. Ular olgan ma’lumotlarga
ko‘ra, gips namunasi solishtirma yuzasining maksimal kattaligi (12...27 m
2
/g)
qorilgandan so‘ng 3…8 minut vaqt o‘tgach qayd qilindi. Takriban 10 minutdan keyin
namunalardan birida qariyb 7...7,5 m
2
/g darajada, boshqasida esa 6….7 m
2
/g
darajada solishtirma yuza ko‘rsatkichlari barqaror holga keldi. Ushbu namunalarda
birikkan gidrat suvi miqdorini aniqlash bo‘yicha parallel olib borilgan tajribalarda
uning miqdori eng yuqori darajaga yotguncha biror keskin sakrashsiz 8...15 minut
davomida tekis ko‘payib borganligi aniqlandi.
Aniqlanishicha, yarim molekula suvli gips qotishi jarayonida hosilalar
kristallari kattalashadi, bu esa ularning bog‘lovchilik qobiliyatiga salbiy ta’sir
ko‘rsatadi. Lekin qo‘shimcha miqdorda yuqori dispers yangi hosilalar vujudga kelishi
hisobiga mustahkamlik dastlab o‘sishda davom etadi. Ammo ma’lum vaqtda
kristallar o‘sishining salbiy ta’siri gidratatsiya mahsulotining miqdoriy ko‘payishidan
ustunlik qila boshlayd;i, shunda kontaktlar sonining kamayishi hamda sirt energiyasi
potensialining pasayishi natijasida sistemaning mustahkamligi susayadi.
Demak, boshqa barcha teng sharoitlarda qotgan gipsning mustahkamligi yangi
hosilalarning dispersligiga bog‘liq ekan.
|