І АУАДА ҚАТАТЫН БАЙЛАНЫСТЫРҒЫШ ЗАТТАР
№1 Дәріс (2 сағат)
Тақырыбы: Кіріспе. Ауалы тұтқыр заттардың негізгі түрлері
1.1 Тұтқыр заттардың пайда болуы
1.2 Жалпы түсініктер
1.3 Ауалы тұтқыр заттар
Тұтқыр заттардың пайда болуы
Тұтқыр заттардың 4—5 мың жыл бұрын жасанды жолмен алынғаны белгілі. Египетте, Римде, Грекияда және Вавилонда гидравликалық қоспа араластырылған әкті ерітінділерді қолдана отырып салынған бетонды құрылыс қалдықтары әлі күнге дейін сақталган.
Ағылшын зерттеушісі Джозеф Аспдин 1824 жылы жасанды тас өндірісіне патент алды. Портланд қаласының төңірегінде қазылып алынатын тасқа ұқсас болуына байланысты, оны кейінірек портландцемент деп атады.
1825 жылы Россияның әскери технигі Егор Челиев әктас пен балшық қоспасын 1200—1300° температурада күйдіру арқылы суға шыдамды цемент алды. Күйдіру кезіндегі тас күйінде алынған шала балқыманы ұнтақтаған.
Осылайша өндірілген ұнтақты сумен араластырған соң, қоспа қатайып, жақсы механикалық қасиеттері бар, суға төзімді тасқа айналған. Е. Челиев өзінің Мәскеуде басылган «арзан және сапалы мергель немесе ерекше берікті цементті су құрылыстарында, жеке айтқанда каналдарды, көпірлерді, су қоймаларын, бөгетгерді, сақтағыштар мен жертөлені сылауға қолдану туралы ұсыныстар» деген кітабында осьшдай цементтің өндірілу өдістері жазылған.
Көрсетілген зерттеушілердің цементті өндіру жөніндегі ұсыныстарында айтарлықтай өзгерістер болды, бірінші кезекте шикізатты күйдіру температурасы бойынша Дж. Аспдин былайша қорытындылады: портландцементті алу үшін шикізатты, кальций карбонатының ыдырауы салдарынан болатын газдың болінуіне дейін 1000— 1100°С температурада күйдіру. Ал Е. Челиев болса шикізатты күйдіруді, балқу процесі орын алатын 1200°С температурадан жоғары жағдайда күйдіруді ұсынды.
Осыдан әрі қарай жүргізілген зерттеулердің көрсеткеніндей, портландцементті клинкерді өндіру үшін шикізаттың қоспасын ішінара балқытуға дейін күйдіру керектігі расталды, себебі цементтің беріктігі мен суға төзімділігін қамтамасыз ететін негізгі клинкерлі минералдар, ең алдымен, кальцийлі силикаттар, әкпен қаныққан сұйық балқымалы ортада пайда болады. 1000—1100°С шикізаттар жеткілікті түрде күймейді. Дж. Аспдин ойлап тапқан цемент қасиеттері бойынша суға төзімді әкке жақын, сондықтан осы заманғы түсінікке орай, тіпті өзінің туған жері Англияда портландцемент деп танылмайды.
Қазіргі кезде цемент дүние жүзіндегі 120 елде өндіріледі. Бірақ цемент өндірісінің алдында келе жатқан 15 елде дүние жүзінде өндіріліп жатқан цементтің 85%-ы шығарылады. Қазіргі кездегі цемент өндірісі осы заманғы құрылыс материалының негізгісі және өрбір елдің экономикалық потенциалын анықтайтын басты көрсеткіштердің бірі болып саналады.
Ортаазиялық аймақта цемент өндірісі 1926 жылы маусымда Бекабад қаласында басталды (Өзбекстан Республикасы).
Орта Азияда бірінші болып Науайы қаласында кебу әдісімен жұмыс істейтін зауыт іске қосылды. Мұндай кебу әдісімен жұмыс істеу кезінде жағылатын отын 30—35% үнемделеді. Кебу әдісінің көп мөлшерде шаңтозаң бөлетін кемістігі бар, сондықтан кебу әдісі молынан тарамаған.
Цементтің тозаңдары қоршаған ортаға зиянды әсер етеді. Қазіргі мақсатта Науайыдағы цемент зауытында осы заманға лайықты тозаң ұстағыштар орнықтырылған. Осы мекемеде өндірістік процестерді механикалаңдыру мен автоматтандыру деңгейі жоғары.
Германияда өндірілетін цементтің 90%-ы, Жапонияда — 78%, Чехияда — 64%, Венгрияда — 55%, Болгарияда — 45%, Америкада 42% кебу әдісімен өндіріледі. Осы технология ең тиімді және прогрессивті саналады. Цементті ойлап табудың өзі құрылыстағы жаңа дәуірдің басталуына әкеп соқты.
Бетон технологиясының дамуы мен құрылыста темірбетон конструкцияларын молынан қолдану, тез қатаятын, сульфатқа шыдамды, кернеулі сияқты цементтің жаңа түрлерін әзірлеп шығаруды және оларға деген сұранысты ұлғайтты.
Қазақстанда портландцементті, шлакты портландцементті, үй құрылыс зауыттарында қолданылатын жылдам қатаятын цементті, сутехникалық құрылысқа керекті сульфатқа төзімді цементті, мұнай мен газ скважиналарында пайдаланатьш тампонажды цементті, ақ және түсті цементті және басқа да түрлерін өндіру жолға қойылған.
Республикада әндірілетін цементгің сапасы жақсарьш келеді, түрі, саны ұлғаюда. Жылдам қатаятын, ерекше берікті, ұлғайғыш, гидрофобты, түрлі түсті және цементгің басқа түрлерінің әндірістік кәлемі өсгі.
Жалпы түсініктер
Тұтқыр заттар органикалық, анорганикалық (немесе минералды) және органоминералды (аралас) болып бөлінеді. Анорганикалық немесе минералды тұтқыр заттар ұнтақты күйінде келіп, майда, ірі толтырғыштар, сумен араластырылса, уақыт өтісімен қатайып, бетон деп аталатын жасанды тасқа айналатын ерітінді мен бетон қоспасын түзейді. Анорганикалық тұтқыр затгарға әкті, гипсті, магнезиялық ж.б. тек кебу жағдайда ғана қатаятьш тұтқырлар жатады. Гидравликалық тұтқырлар болса, олар тек ауа бар жағдайда ғана емес, сонымен қатар су ішінде қатаюға және беріктік алуға қабілетті. Оларға гидравликалық әк, портландцемент, саз балшықты цемент, пуццлонды портландцемент, шлакты портландцемент, ұлғайғыш цемент ж.б. жатады.
Тұтқырды сумен араластыра бастағаннан оның қатты жағдайға ауысуына дейінгі уақытты ұстасу кезеңі дейді. Артық қосылған су тұтқырдың қатаюын баяулатады, сондықтан ұстасу уақытын тұтқыр массасынан пайызбен анықталатын цемент қамырының қалыпты қоюлығы жағдайында айқындалады.
Тұтқыр зат сумен араласқан соң, гидратация мен гидролиздің физика-химиялық процестері салдарынан ұстаса бастайды — цемент қамырының қозғалмалығы кемиді. Мұның өзі ұсталу кезеңінің басталуына сай келеді. Цемент қамырының қозғалмалығы толығынан жойылып, оның қатты затқа айналуы — ұстасудың соңына сай келеді. Тұтқырлар ұстасу уақыты бойынша 3 топқа бөлінеді.
Тез ұстасатын — ұстасудың басталуы 3—10 минутта байқалады. Осындай қысқа кезеңде ерітінді мен бетонды дайындап және төсеп үлгеру іс жүзінде мүмкін емес, сондықтан тұтқырларға арнайы ұстасу мен заттың қатаюын бәсеңдететін баяулатқыштарды қосады.
Қалыпты ұстасатын — басталуы 45 минуттан ерте емес, ал аяқта- луы 10 сағаттан кем емес; осындай тұтқырларға әдетте бетондар мен ерітінділерді дайындауда қолданылатын цементтерді жатқызады.
Баяу ұстасатын ұстасуы 10—12 сағат өткен соң басталады. Қолайлы жайғасымдықтағы ерітіңді мен бетон қоспаларын дайындау үшін қосылатын су мөлшерін тұтқырмен химиялық қосылуға керекті шығыннан әлдеқайда молырақ алады. Химиялық реакцияға түспей, бос қалған су мөлшері біртіндеп буланады да, бетонның қуыстылығын өсіреді, оның нәтижесінде бетон беріктігі төмендейді, басқа қасиеттері нашарлайды. Теория бойынша цементтің толық гидрациялануы үшін 18—20% су жеткілікті. Бірақ осындай су мөлшерімен дайындалған ерітінді мен бетон қоспалары кебулеу және қолайлы жайғаспайды.
Тұтқыр заттар гидрация мен қатаю процесі кезінде жылу бөледі. Цемент қамырының қатаю жылдамдығы оның жылу бөлуіне тура пропорционалды. Мысалы, 7 күн бойы қатаюы кезінде Ікг портландцемент 65 ккал (272 КДж) дейін жылу бөледі. Тұтқыр заттардың осы қасиеттері, бетондар мен ерітінділердің салқын жағдайда қатаюында өте пайдалы, бірақ ірі шомбалды бетондық құрылыстар-да, мысалы, гидротехникалық бетонның ішкі бөлігінде температураның өсуі салдарынан (100°С дейін), ішкі және сыртқы қабаттар арасында температураның құлама айырмашылығы орын алады. Бетонның біркелкі салқындамауы деформацияның дамуы мен сызаттануға әкеп соқтырады. Сондықтан гидротехникалық құрылыстарында жылуды аз бөлетін тек арнаулы цементтерді ғана қолданады.
Тұтқыр заттардың құрамында химиялық бірігу барысын көрсететін тізбе 1-суретте көрсетілген.
Минерал тұтқыр заттардың гидратациялық-конденсациялық тұтқырлану барысында тұтқыр заттардың құрамындағы заттар химиялық берік байланыстарға айналып, нәтижеде ерімейтін және берік тас жыныс пайда болады. Осы қату процесі ауалық, гидравликалық және автоклавты тұтқыр заттарға тән болып келеді.
Бүтін конденсациялық тұтқырлану барысында микробөлшектер күйіндегі химиялық байланыстардың беті белсендіріледі, соңынан өзара химиялық құрамы өзгермеген қалпында тұтқырланады, аморфты немесе кристалл құрылымды зат пайда болады. Мұндай топқа гидратацияланған техникалық силикаттар мен алюмосиликаттардың қалдықтары негізінде алынған тұтқыр заттар кіреді (Конденсация — энергияның жинақталуы, яғни зат немесе су буының суға айналуы).
1-сурет. Құрылыста пайдаланылатын
