Коллоидты цемент араласпаның құрамы және оларға қойылатын талаптар.

Коллоидты жүйелерді толық сипаттау үшін, оның қасиеті тек бөлшек өлшеміне ғана функционалды тәуелділікте болады деген пікірдің жеткіліксіздігін Н.П.Песков 1917 жылы көрсетті. Ол- бөлшек өлшемін өзгеріссіз сақтай алатын коллоидты жүйенің қабілетін анықтайтын факторларды ескергенде ғана мүмкін болатын жай. Өзіне ғана тән қассиеттері бар заттардың ерекше күйін - Коллоидтар деп атайды. Колла – гректің желім деген сөзінен шыққан. Мысалы, қалыпты жағдайда ас тұзы кристаллоид болса, ал бензолда коллоидты ерітінді түзеді, немесе сабын суда коллоидты ерітінді түзетін болса, спиртте кристаллоидтың қасиетін көрсететіні анықталды. Бөлшек өлшемі олардың бір-біріне жабысып, бірігуі нәтижесінде өзгереді және осы құбылысты коагуляция немесе ұю дейді. Ұю процесіне қарсы тұратын қабілеттілік агрегаттық тұрақтылық болады.

Коллоидты химияда фаза, жүйе, гомогенді және гетерогенді жүйелер сияқты физхимиядағы түсініктер қолданылады. Дисперсті ортаны еріткішпен, ал дисперсті фазаны еріген затпен, дисперсті жүйені ерітіндімен салыстыруға болады.

Коллоид күйінің ерекшелігі.

1. Барлық коллоидты ерітінділердің сәуле шашырату қабілеті болады (мұны опалесценциялау дейді). Бұл құбылысты тәжірибе жүзінде жасап көруге болады. Ол үшін сәуле жолына линза қойып, одан шыққан сәулені коллоидты ерітінді арқылы жіберсе, одан опалесценцияны көруге болады. Мұны Тиндаль конусы дейді.

2. Нағыз ерітінділермен салыстырғанда коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы төмен.

3. Коллоидты ерітінділердің осмостық қысымы аз, кейде оларды байқау да қиын. Демек, коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы мен осмостық қысымының төмен болуы ондағы еріген зат бөлшегінің нағыз ерітіндімен салыстырғанда ірі екендігін көрсетеді. Расында да коллоидты ерітіндідегі бөлшек ірі болған сайын оның диффузия кезіндегі қозғалысы қиындап, жылдамдығы төмендейді, өйткені бөлшек іріленген сайын кедергі де арта түседі. Сондай-ақ ондағы бөлшек өлшемі осмостық қысымға әсер етеді. Берілген бірдей көлем мен тығыздықтағы екі ерітіндінің қайсысында бөлшек ірілеу болса, сонда бөлшек саны аз болады. Ал осмостық қысым концентрацияға, яғни бөлшек санына тікелей тәуелді.

4. Коллоидты ерітінділер диализге бейім, яғни онымен ерітіндіде бірге еріген төменгі молекулалы заттарды жартылай өткізетін жарғақты пленкалар көмегімен тазартуға болады. Мұндайда төменгі молекулалы заттар (нағыз ерітінділер) жарғақ арқылы өтеді де, коллоидты ерітінділер қалып қояды.

5. Нағыз ерітінділер өте тұрақты, ал коллоидты ерітінділер тұрақсыз. Олай болса, коллоидты бөлшектер болмашы ғана сыртқы әсер салдарынан коагуляцияланады.

6. Коллоидты ерітінділер, әдетте, электрофорез құбылысына бейім. Бұл құбылыс электр өрісіндегі коллоидты бөлшекті оң, не теріс электродқа тасымалдаумен сипатталады.

Бірнеше ондаған жылдар бойы жүргізілген зерттеу жұмыстарының нәтижесін топтастырып, тұжырымдап қарағанда, заттардың коллоидты күйі дегеніміз, ол молекула емес, көптеген молекуладан жинақталған жекеленген агрегат түрінде жүретін аса майда ұнтақталған, яғни жоғары дисперстелген жүзгінді (дисперсті) түрі екен.

Осы айтылғанды коллоидты жүйедегі коллоидты күйдің анықтамасы ретінде қабылдай отырып, коллоидты жүйенің кәдімгі, яғни нағыз ерітіндіден өзгешелігін көрсететін негізгі пікірлерді тұжырымдауға болады. Коллоидты бөлшектер көптеген молекулалардан тұратындықтан да оларға фазадағы термодинамика заңдылықтарын қолдануға болады. Кәдімгі ерітіндімен салыстырғанда коллоидты ерітінді екі фазадан тұратын гетерогенді жүйе екен. Әр коллоидты ерітінді гетерогенді жүйе болғандықтан, оның басты шарты бір фазадағы заттың екінші фазадағы затта ерімеуі немесе нашар еруі.

Коллоидты химия қазір ғылыми-техникалық прогресте маңызды роль атқарады. Коллоидты химиялық процестер болмаса, радиоэлектронды, тамақ және жеңіл өнеркәсіптегі, құрылыс материалдарды, медициналық дәрі-дәрмектерді өңдіру және онымен байланысты технологиялық операцияларды жүзеге асыру мүмкін емес. Коллоидты химиядағы алғаш зерттелген ғылыми жұмыстар мен әдістер қазір биохимия, биотехнология және биофизика секілді ғылым салаларында кеңінен қолданылуда. Коллоидты химияны оқу, оны білу ғылым мен техниканың көп саласындағы мамандар үшін өте қажет және маңызды.

Коллоидты химиядағы басты проблемалардың бірі - агрегаттық тұрақсыздық. Бөлшектердің тұрақсыз болуының негізгі себептері термодинамикалық және кинетикалық тұрғыдан түсіндіріледі. Коллоидты жүйедегі агрегаттық тұрақсыздық жүйедегі фазааралық жанасу бетке шоғырланған энергияның оң және айтарлықтай үлкен мәнде болуына байланысты екен. Ол бос энергияға тең болғандықтан, мұндай жүйелердің бәрі де тұрақсыз екені термодинамикадан белгілі. Бұл жайт коллоидты жүйелердің ұюына, коагуляциялануына әкеледі. Мұндайда бөлшектер бір-біріне жанасып, бірігеді және фазааралық беткі қабат азайып, жүйедегі бос энергия кемиді. Коллоидты жүйенің күйін термодинамикалық тұрғыдан өте қарапайым әдіспен талқылауға болады. Әйтсе де мұндай талқылау агрегаттық тұрақсыздықтың негізгі түпкі мәнін ашпайды. Сол сияқты термодинамика жүйедегі бос энергия мен жүйенің тұрақсыз күйде қанша уақыт болатынын және олардың арасындағы байланысты көрсетпейді. Сондықтан да коллоидтық жүйенің агрегаттық күйі жайлы мәлімет толық және нақтылы болу үшін термодинамикалық талқылау физикалық кинетикамен толықтырылады.

Коллоидты жүйенің салыстырмалы тұрақтылығы бөлшектердің өзара жақындай түсуіне қарсы тұра алатын тебіліс күшінің жеткілікті не артық болуымен анықталады.Бұл көптеген коллоидты жүйенің тұрақсыздығына қайшы келе бермейді, өйткені бөлшектер бір-біріне өте жақындаған сәтте ондағы тартылыс күші тебіліс күшінен артық болады және жекеленген екі бөлшекке энергетикалық тұрғыдан агрегат құрастыру тиімді.Дисперсті орта, дисперсті фаза құрамы бірдей екі дисперсті жүйе алынды делік. Бұл екі жүйенің айырмашылығы бірінші жүйедегі дисперсті фазада кездесетін бөлшектер біркелкі де, екінші дисперсті фазадағы бөлшектер бірдей болса да өлшемдерінің әр түрлілігінде. Коллоидты жүйелер дисперсті жүйелердің жеке бір түрі. Коллоидтардың дисперстік дәрежесі өте жоғары, бөлшектерінің мөлшері 10–2000A0аралығында. Бөлшектерінің дисперстік дәрежесі бойынша коллоидтарды ірі дисперсті жүйелер мен шын ерітінділер арасына орналастыруға болады. Коллоидты жүйелер гетерогенді жүйелер, себебі дисперстік фазаның бөлшектері жеке фазаны құрайды, дисперстік ортадан бөліп тұратын беттікке ие. Коллоидты жүйелерде бөлшектердің мөлшері кішкентай болғандықтан жалпы бетінің аумағы өте үлкен. Құрылыс өндірісінде цемент пен кейбір байланыстырғыш заттардың қатаюы коллоидты күй арқылы өтеді.Коллоидты цементті араласпаның негізгі қасиеті – оның құрылымына байланысты. Жалпы алғанда, бірқұрылымды дисперстік материалдың тығыздығы артқан сайын оның беріктігі, су өткізгіштігі,аязға төзімділігі, коррозияға төзімділігі анағұрлым жоғары болады. Қатты цементті араласпаның қасиеті - оның дисперстік композициондық материалдың өте жақсы дамыған жоғары аралық фазада болып табылады.Соның ішінде, бастапқы және соңғы қатаю фазасы. Коллоидты цемент араласпа алу үшін негізгі қолданылатын табиғи шикізаттар ретінде карбонаттар мен саз жыныстары болып табылады.Сонымен бірге шикізат ретінде табиғи және жасанды өндірістен алынған заттарды қолдануға болады. Оларға домна қожы, белит шламы, күлдер және т.б. жатады.Қосымша негізгі шикізаттармен бірге реттейтін әртүрлі қоспалар қолданылады.

Карбонатты шикізаттар. КЦ алу үшін әртүрлі карбонаттар қолдануға болады, әк тасы, бор, мергельді әк тасы, мергель т.б. Карбонаттардың құрамында саз, жыныс қоспалары болады (кремнезм, гипс, доломит). Доломит және гипс сияқты минералдар көп болса, олар зиян келтіреді.

Саз жынысты шикізаттар. Саз жыныстардың ішінде қолданылатын саз, суглинка сазды сланцтер, сары топырақтар және басқалары. Саздың құрамына темір қоспалары, құм, Са, Мg карбонаттары, гипс және басқа заттар болады. Саз жыныстарында портландцементке керек қышқыл тотықтары болады.Мысалы, SiO2, Al2O3, Fe2O3, әк тасында негізінде CaO болады.

Жылдың мезгілінде байланысты саздың ылғалдығы 10-30 % аралығында болады. Саздың көлемдік салмағы 1700-2100 кг/м³ құрайды.

Белит шламы. Белит шламы – негізігнен нефелин өндірісінен бөлініп шыққан. Қалдық құрамы жөнінен портландцемент пен 10-30 % домна қожының арасында. Шамамен құрамындағы тотықтар мынандай:

24-31% SiO2, 2-6 % Al2O3, 2- 5% Fe2O3, 50-59 % CaO және 2-10% басқа қосылыстар құрайды. Белит шламы түгелдей саз жыныс шикізатын ауыстырады. Зауытқа ол ұнтақталған күйінде келіп түседі, сонымен қатар пештердің қуаттылығын арттырады және отын шығымын азайтады.

Белит шламының құрамында негіздер көп болады 2,5% мөлшерінен аспайтын шлам қолданылады.

Алюминий тотығын көбейту үшін боксит қолданылады.

Коллоидты цементті араласпа өндірісі шикізаты бар жерге орналасу керек. Тек аз мөлшерде қолданылатын қоспалар басқа жатқан әкелінеді, мысалы түзеткіш қоспалар.

Шикізатты көбінесе ашық тәсілмен алады. Өндірілген шикізатты және отынды әртүрлі көліктермен тасиды.

Үлкен зауыттарда шикізаттарды артық мөлшерде жинайды, өйткені әр түрлі жағдайларда зауыт тоқтап қалмау үшін. Оларды сақтау үшін сүрлем жасалады.

Отын. Клинкерді күйдіру үшін қатты сұйық және газ тектес отындардарын пайдаланады. Клинкер негізінен 1450°C температурасында пайда болады. Күйдірілген затқа қатты отынның ұнтақ болғаны жақсы,өйткені жақсы әрі тегіс, біркелкі бөлініп тарайды. Қатты отынды кептіріп және ұнтақтап алады.

Сұйық отын ретінде мазутты пайдаланады. Көптеген зауыттар табиғи газбен жұмыс істейді, ол үшін көбінесе метанды пайдаланады. Газды және біркелкі минералдық құрамы бар клинкер алуға мүмкіндік туғызады.

Құрылыс ерітіндісі дегеніміз-байланыстырғыш затқа қажетті мөлшерде құм мен су араластырғаннан кейін қатайып, жасанды тасқа айналатын материал.Көрсетілген заттармен қатар,құрылыс (қосымшалар) қосылады.Құрылыс ерітіндісі қатайғанға дейін ол құрылыс ерітіндісінің араласпасы (қоспасы) деп аталады.Құрылыс ерітіндісі жұқа қабат қалыңдығы 1-2см ретінде пайдалатындықтан қабырға салу, сылау, т.б.жұмыстарда оның құрамында ірі толтырғыш болмайды.

Байланыстырғыш заттарына қарай олар цементті құрылыс ерітіндісі портландцемент пен оның түрлері негізінде: ізбесті гипсті және араласқан т.б болып бөледі.Байланыстырғыш заттың түрі құрылыс ерітіндісінің құрғақ немесе ылғалды жерде қолданылатынына байланысты тағайындалады.

Кейбір жағдайда техникалық немесе экономикалық қажеттілікке байланысты цементке ізбес не саз балшық қосылады. Оларды цементтізбесті, цементсазды ерітінділер дейді. Ізбесті ерітінділерге тез қатаю үшін гипс қосылады, мұндай ерітіндіні ізбегипмті деп атайды. Ол үйдің ішкі қабырғасын, төбесін сылауға пайдаланады.

Қолданылатын орнына қарай құрылыс ерітінділері фундаменттерді қабырғаларды, күмбез тәрізді төбелерді кірпіш не тастан қалау үшін пайдаланатын болса – қылауық – ішкі қабырғаны, төбені, сыртқы қабырғаны сылау үшін қолданылатын болса – сылақтық, ал ірі құрылыс элементтері панельдерді, блоктарды ұштастыру үшін пайдаланылса – монтаждық, ал дыбыс және рентген сәулесін өткізбес үшін, т.б. үшін арнаулы мақсатпен қолданылса – арнаулы деп топтастырылады.

Құрылыста ең маңызды байланыстырғыш цемент болып есептеледі. Цемент өнімдерінің, сығымдылық беріктігінің жоғарылығы және атмосфераға төзімділігі сияқты қасиеттері белгілі.Кемшілігі – иілімділік, созылымдылық беріктігінің төмендігі.

Цемент гидротация нәтижесінде қатаяды, мұндайда араластыратын судың нақты бөлігі шығындалады.Су, қатаю процессі аяқталғанша болуы керек.Егер гидротацияға су жеткіліксіз болса, онда цемент қасиетінен ең болмағанда жартылай айырылады. Бұл әсіресе жұқа қабаттарға және кішігірім беттерге қолданғанға байланысты. Мысалы, әк-цемент бояуларын, шпаклевка, жұқа қабатты желім мен жөндеу сыламаларын жаққан жағдайда.Негіз суды жылдам жұтып алады да буланып кетеді. Толық ұстаспаған цемент жартылай ғана байланыстырғыш ретінде жұмыс істейді. Бұл – отыруының жоғарылығынан жеткіліксіз беріктігінен негізге жабыспауы және қатайған ерітіндінің ылғалға сезімталдығынан байқалады.

Байланыстырғыш заттар ретінде портландцемент, шлакті портландцемент 15-20%, құрылыс ерітінділерін өндіру үшін шығындалады. Сондықтан құрылыс ерітінділерін дайындау үшін жоғары маркалы клинкерлі цементтің шығынын азайту өте тиімді. Клинкерлі цементтің шығынын азайтудың негізгі жолы – құрылыс ерітіндісін өндіру үшін арнайы цементтерді қолдану үшін арнайы цементтерді қолдану. Мұндай цементтер клинкерге көп мөлшерде минералды заттар, активті минералды қоспалар – трепел, диатомит пемза кварцті құм, ізбестас, т.б.қосып, бірге ұнтап өндіріледі. Осындай арнайы цементтерде тек қана 20-30% клинкер болады. Яғни бұл байланыстырғыш заттарды күйдіру арқылы алынатын қымбат клинкер шығыны, өте азайтылады. Құрылыс ерітінділерін дацындау үшін цементтерден басқа ауа мен гидравикалық әк, гипс, цемент, пуоцоланды байланыстырғыш(ГЦПБ), гипсті және ізбегипсті байланыстырғыштар қолданылады.

Уақ толтырғыш ретінде ауыр құрылыс ерітінділерін дайындауға кварцті, дала шпаты, табиғи құмдар не тау жыныстарын ұсақтаумен алынған құмдар, ал жеңіл ерітінділер үшін – уақталған пемза,туф, ұлутас, шлак, және құм түрінде арнайы өндірілетін немесе құм мөлшеріне дейін ұсақталған пемза, керамзит пайдаланылады, Кәдімгі кірпіш сияқты формасы бар дұрыс кішкене бұйымдарды қалау үшін қолданылатын құм түйірлерінің мөлшері 2,5-мм-ден жоғары болмауы, шойтастарды, ірі темірбетон конструкцияларын ұштастыру үшін пайдаланылатын ерітінділердің құм түйірлері 5мм-ден, ал қабырғаларды, ішкі төбелерді сылау қабатында қолданылатын ерітінділерде құм түйірлерінің мөлшері – 1,5мм аспауы қажет.

Құрылыс ерітінділерін пластификацилайтын қосымшалар (үстемелер ретінде цементті ерітінділердің жылжымалылығы мен су ұстағыштығын жақарту үшін бейорганикалық қосымшалар әк немесе оның орнына отындардың күлі қолданылады. Ал әк пен цементті құрылыс ерітінділері үшін органикалық үстемелер ауа ендіргіш нейтральданған шайыр (орысша смола нейтрализованная воздухововлекающая СНВ) және сульфат ашытқы бражасы (САБ)пайдаланылады.

Үстемелер ретінде құрылыс ерітінділерін төменгі температурада қатаюын қамтамасыз ететін араласпасының тозаңу температурасын төмендететін натрий, кальций және магний хлоридтері, сахар т.б. қолданылады.