Портландцементінің қатаю теориясы

Жоғ арыда айтылғ ан молекулалық жә не коллоидалық ө згерістер физикалық -химиялық процестердің жү руімен байланысты екеніне ешкімнің кү мэні жоқ. Осы процестердің ә серінен цемент, сумен оны араластырганда, алдымен жұ мсақ клей тү сті қ амыр береді де біртіндеп ұ стасып жэне қ атайып тасқ а айналады. Дегенмен, кө рсетілген физикалық -химиялық процестердің кү рделігінен олардың кейбір жагдайы эліде болса аяғ ына дейін зерттеліп анық талмағ анына байланысты қ азіргі кезде ол процестер туралы кө птеген тү сініктер бар. Атап ө ткеніміздей, портландцемент жэне басқ а минералдық байланыстырушылардың қ атаю мэнісі туралы басқ алардан гө рі А. А. Байков ұ сынғ ан байланыстырушылардың қ атаю теориясында кең мэлімет берілген. Бұ л теория кейін кө птеген ғ алымдардың П. П. Будниковтың, Н. А. Тороповтың, П. А. Ребиндердің, В. Н. Юнгтың, В. Ф. Журавлевтың, А. Е. ШеЙкиннің, С. Д. Окороковтың, Ю. М. Буттың, В. Б. Ратиновтың, А. В. Воложенскийдің жэне т. б. ең бектерінде зерттеліп анық талғ ан. Осы теорияғ а сай минералдық заттардың қ атаю процесі ү ш кезең ге бө лінеді:

Бірінші кезең де клинкерлік минералдар сырт жағ ынан бастап еріп, біртіндеп қ анық қ ан ерітінді қ ұ ралады. Жоғ арыда келтірілген минералдардың химиялық реакциясының нә тижесінде бұ л қ анық қ ан ерітіндіде кальций гидроксиді Са(ОН)4, эттрингит жә не кальций гидросиликаттары пайда бола бастайды.

Екінші кезең де қ анық қ ан ерітіндіде клинкерлік минералдар алдын - ала суда ерімей-ақ, қ атты қ алпында гидратацияланады, ягни тікелей қ атты фазага судың қ осылу процесі жү реді. Ал, ерітіндідегі кальций гидросиликаты мен гидроферриті суда онша ери қ оймайтындық тан, коллоид қ алпында цемент тү йіршіктерін қ аптай кұ ралады. Азда болса да еритін Са(ОН)₂, жә не

ЗСаОА1₂О₃6Н₂0 кө п ұ затпай - ақ алдымен

қ анық қ ан, одан кейін біртіндеп аса қ анық қ ан ерітінді қ ұ райды. Осындай физикалық жэне химиялық процестердің барысында жаң адан кальций гидроксиді мен гидроалюминаты қ ұ рыла беретіндіктен аса қ анық қ ан ерітіндіден бұ лар коллоид тү рінде бө лініп шыгады. Сонымен минералдардың гидратациялық ө німінен тұ ратын коллоид /гель/ желім тә різді цементтің тү йіршіктерін тү гел қ аптай цемент қ амырының коагуляциялық структурасын қ ұ райды. Цемент қ амыры біртіндеп қ оюланады, жұ мсақ тығ ын тө мендетеді, ягни ұ стасады. Уақ ыт ө ткен сайын структуралық мық тылыгы пайда бола бастайды. Бұ л кезең дегі цемент қ амырының структураланғ ан система ретінде ерекшелігі, - оның тиксотропиялығ ы, демек дірілдеткенде немесе қ атты араластырганда ол қ айтадан жұ мсарып, қ ою сұ йық сияқ ты ағ ады, ал механикалық ә серді тоқ татқ анда жаң адан коагуляциялық структурағ а кө шіп ұ стаса бастайды.

Ү шінші кезең де кейбір жаң адан қ ұ ралғ ан гидратациялық қ ұ рамдар коллоидалық қ алпынан біртіндеп кристалдана бастайды. Алғ ашқ ы пайда болғ ан кристалдық ұ рық тар бірте-бірте ө сіп, ө зара байланысып кристалдық тор қ ұ рады. Ең алдымен 3СаО- А1₂0₃ -6Н₂0 жэне Са(ОН)₂кристалданады. Бұ лардың ө те жің ішке кристалдары басқ а жаң а химиялық қ ұ рамдар коллоидасын тесе ө тіп ө зара шырмалыса дамиды да, цемент тасының мық тылығ ын жоғ арылатады. Кальций гидросиликаттары жэне гидроферриттері аздап баяу кристалданады. Бұ л ү шінші кезең де гидротациялық процестер тоқ татылмайды, жаң адан химиялық басқ а қ ұ рамдардың коллоидтары пайда болып, кристалдану процестері жү ре береді. Сонымен, біртіндеп гидратациялық ө німдер цемент тасындағ ы кеуектерді толтырады. Кристалдары ұ лғ айып жә не ө зара байланысып цементтің тығ ыздығ ын жэне мық тылығ ын асырады. Егер қ атаюшы цемент тасын нормалды температурада, ылғ алды жерде сақ таса айтылғ ан процестер ү зіліссіз жү ре берер еді. Бірақ, ондай жағ дай іс жү зінде сирек кездеседі. Сондық тан цемент тү йіршіктері тү гелдей реакцияғ а қ атысып ү лгермейді.

Жоғ арыдағ ы айтылғ ан тү сініктер негізінде мынадай қ ысқ аша қ орытынды жасауғ а болады. Біріншіден, қ атаю мезгілінде пайда болатын кристалдар цементтік тастың механикалық қ асиетін қ алыптастырады. Бұ л тұ рғ ыда ең алдымен жақ сылау еритін минералдар кристалданады - кальций тотығ ының гидраты - Са(ОН)₂жэне кальций гидроалюминаты 3СаО-А1₂О₃- Бұ лардан кейін ұ зақ уақ ыт коллоид қ алпында сақ талатын, аздау еритін кальций гидросиликаты /2СаО-SiO₂- белит/ ө те баяу тү рде кристалдық структура қ ұ райды. Сондық тан бұ л минерал шабан қ атаятын минерал болып аталады, ал алит /ЗСаО-SiO₂/ жэне ү ш кальций алюминат 3СаО- А1₂О3 - тез қ атаюшы минералдарғ а жатады. Екіншіден, П. А. Ребиндердің байланыстырушы заттардың қ атаюы туралы берген толық тамасын еске ала отырып А. А. Байковтың теориясы бойынша цементтің жалпы қ атаю схемасын былайша кө рсетуге болады:

Бірінші кезең - екі кальцийлі гидросиликатпен, кальций тотығ ының гидратымен жә не ү ш кальциилі гидроалюминатпен, ягни гидротация ө німімен қ анық қ ан нағ ыз ерітіндінің қ ұ ралуы.

Екінші кезең і - алдын-ала нағ ыз ерітінді қ ұ рамай-ақ минералдардың бірден гидраттанып, олардың гидраттық жаң а қ ұ рамдарының колоидалынуы.

Ү шінші кезең і - ө зінің ө те қ анық қ ан ерітіндісінен пайда болғ ан коллоидтың /геляның / кристалдануы.

Бірінші кезең даярлық кезең деп аталады, екінші кезең цемент қ амырының ұ стасу мезгіліне сай, ал ү шінші кезең - қ атаю кезең і.

Бұ л қ атаю кезең дері бірінен соң бірі міндетті тү рде жү реді деп айту қ иындау. Дегенмен, біраз тү сінікті болу ү шін осындай схемада жү реді деп айтуғ а болады. Цементтің тү йіршіктері бір уақ ытта бірден суда бү тін еріп кетпейді. Сондық тан, бұ л ү ш кезең бірінің соң ынан бірі жү ре отырып, тү йіршіктің ішінде олар сыртқ ы қ абатқ а қ арағ анда кешігіп жү реді. А. А. Байков цементтің қ атаю теориясын жоғ арыда айтылғ андай, коллоидалық - кристализациялық теория деп атағ ан. Бұ л теория кө птеген физикалық жә не химиялық қ ұ былыстарғ а тү сінік беруге кө мектеседі, бетон ө ндірісінде кө птеген технологиялық белестерді игеріп, қ алыптап отыруғ а мү мкіндік туғ ызады. Мысалы, цемент қ амырының ұ стасуының басы /Б_{¥ С}/ 45 мин. ерте болмауы керек дейміз. Былайша айтқ анда, мұ ны геляның /коллоидтың / ерітің діден бө ліне бастау мезгілі деп айтуғ а болады. Ұ стасудың соң ы /С_{¥ С}/12 сагаттан кеш болмауы керек деген тү сінік - геляның жалпылай

бө лініп шығ у кезең і деп тү сінуге болады. Геляның /коллоидтың /жалпылай кристалдануы деген тү сінік - цементтің қ атаю мезгілінің соң ы 28 тә уліктік беріктігі, яғ ни маркалық мық тылығ ы алынды деп санауғ а болады. «Су - цемент» жү йесінде неғ ұ рлым еріткіш аз болса, соғ ұ рлым ерітінді гидратталғ ан тү йіршіктермен ертерек қ анығ ады да, геляның қ ұ ралуы жылдамдау болады. Бұ л қ атаюдың тезірек басталуына себепкер болады. Сондық тан, аз сумен дайындалғ ан қ атаң дау бетон араласпасы, кө п су қ осып дайындағ ан араласпағ а қ арағ анда, тезірек мық тыланады.

«Су - цемент» жү йесіндегі су химиялық компонент ролімен қ атар цемент коллоидасының қ алыптасу, оның тығ ыздалып кристалдану ортасы болып табылады. Гидратацияга кеткен суды «химиялық байланысқ ан су»- деп атайды. Қ алган орталығ ын «бос - су» - деп атайды. Себебі, бұ л су біртіндеп буланып жоғ алады. Бос су кө п болғ ан сайын қ алыптанып келе жатқ ан цемент тасында кеуектер де кө бейе береді, демек мық тылығ ы тө мендей береді. Осы себепті суды дозалағ анда ұ қ ыпты болғ ан жө н. Мысалы, цемент толық тау гидратациялануы ү шін керекті судың мө лшері портландцементтің салмағ ынан 24 - 26 пайыз шамасында болуы керек. Бірақ, жұ мсақ жылжымалы цемент қ амырын алу ү шін одан едэуір кө п /40 - 60 пайыз/ су қ осуғ а тура келеді. Сонымен, химиялық процеске қ атыспайтын артық су мө лшері біртіндеп қ атаю мезгілінде буланып жогалады. Осының ә серінен тіпті кейде 25 - 30 пайызғ а дейін цемент тасының кө лемі неше тү рлі мө лшердегі судан қ алғ ан кеуектерден тұ рады. Бұ л кеуектер цементтің мық тылығ ына, химиялық жэне аяздық тө зімділігіне дұ рыс эсер етпейді.

Химиялық жаң а қ ұ рамалардың /қ осындылардың / мө лшері цементтің гидратациялық дэрежесіне I а I тура пропорциалы, санмен есептегенде, ол цементтің сумен ә рекеттескен бө лігіне оның жалпы массасының қ атынасына тең. Гидратация дэрежесін рентгендік тә сілмен немесе химиялық байланысқ ан су мө лшері бойынша анық тайды: а — соі 0)_так

Портландцемент толық гидратацияланғ анда, химиялық байланысқ ан судың мө лшері /0)_тах/ цемент массасының 0, 25-0, 3 бө ліктеріндей болады. Мысалы, егер О)_тах=0, 25; а =4\ү немесе и> = 0, 25а. Осындай қ арапайым қ атынастар арқ ылы цементтің гидратациялық дэрежесін, яғ ни оның мық тылық потенциялын пайдалану дэрежесін білуге болады. «Су - цемент» жү йесінде судың оптималдық мө лшері судың - цементтің салмағ ына немесе кері цемент салмағ ының суғ а қ атынасы бойынша беріледі. Оны мық тылық тың су - цементтік /С/Ц/ факторы деп атайды. Айтылғ ан мә ліметтер бойынша судың цемент салмағ ына оптималдық қ атынасымен дайындалғ ан қ ұ рылыс ерітіндісіндегі немесе бетон араласпасындағ ы цемент желімінің мық тылығ ы жоғ ары болатындығ ы анық, яғ ни қ ұ рылыс ерітіндісінің немесе бетонның салыстырмалы жағ дайда мық тылығ ы, аязғ а тө зімділігі жэне мэң гілігі

зор болатынында кү мэн жоқ. Қ атаю жылдамдығ ына цемент ұ нтақ тылығ ының эсер етуінің де жө ні бар. Ө те майда ұ нтақ талғ ан сайын цемент тү йіршіктерінің меншікті ауданы ү лкейе береді, демек белгілі бір уақ ытта пайда болатын геляның /коллоидтың / мө лшері де кө бейеді. Мұ ндай жағ дайда гель қ ысқ а уақ ыт ішінде жалпылай кристалдық туындылар береді де кристалдық структураның тездете дамуына себепкер болады. Мұ ндай цемент мық тьшық потенциалын жылдамырақ кө рсетеді. Сондық тан, ол маркалық мық тылығ ына жеткен соң одан эрі мық тылығ ын қ осымша ұ лғ айтпайды.

Қ оймада, ә сіресе жан-жағ ы ашық қ оймада, ұ зақ сақ тағ анда, цементтің активтігі тө мендейтінін де тү сіне алатын фактор. Цемент тү йіршіктері ауадағ ы ылғ алмен ә рекеттесіп, гидратациялық ө німмен қ апталады. Алиттің гидролизінен пайда болатын Са(ОН)г ауаның кө міртегі қ ышқ ылымен ә рекеттесіп карбонатқ а кө шеді. Сө йтіп ә рбір тү йіршіктер тығ ыз қ абық пен оралады. Мұ ндай цементті диірменге қ айтадан тартып, активтігін қ алпына келтіреді. Бірақ гидратталынғ ан жэне карбонатталынғ ан тү йіршіктер инертті бойымен қ алады да, цементтің жалпы мық тылығ ы тө мендейді.

⇐ Предыдущая 18 19 20 21 222324 25 26 27 Следующая ⇒