Боб керамика ва шишалар кимёвий технологияси

Портландцементнинг цотиши, хоссалари ва ишлатилиши
Мураккаб таркибли портландцементнинг сув билан бирикишини ва янги ҳосил булган маҳсулотларнинг це- ментни физик-механик хоссаларига таъсирини аник би- лиш учун ҳар бир компонентнинг сув билан реакцияга киришишини куриб чиқиб, сунфа мураккаб жараён ҳақида тула тушунчага эга булиш мумкин.
Алит — клинкерда А1₂0₃ ва MgO кушимчаси билан бирга учрайдиган C₃S нинг катгик эритмаси булиб, сув билан реакцияга киришганда атроф муҳит температурасига ва кальций гидроксид концентрациясига боглик ҳолда эриб турли гидросиликатлар ҳосил килади.
Одатдаги температура ва Са(ОН), нинг эритмадаги кон- центрациясида СаО ҳисобланса, унинг микдори 0,05...1,1 г/л булганда, маълумотларга кура, C₃S нинг гидратацияси туфайли кам кристалланган узгарувчан таркибли СаО _U8_, ₅-

• 
  SiO, ■ Н₂0₂₅_! гидросиликатлар ҳосил булади. Эритмада Са(ОН)₂ нинг концентрацияси канча кам булса, ҳосил булган гидросиликатларнингасослилиги шунча паст булади. Бундай гидросиликатлар Богг — CSH(B) куринишидаги умумий формула билан ёки Тейлор — CSH(I) билан бел- гилаган.
  

Эритмада Са(ОН)₂ нинг концентрацияси туйинган ва ута туйинган, Са(ОН)₂ нинг эрувчанлиги ошадиган даражага етганда C.S метастабиль таркибли гидросиликат СаО ₁₅_, ■ Si0₂ ■ пН₂0 га айланади.
Богга кура у C₂SH₂ формуласи билан, Тейлорга кура C₂SH(II)— билан белгиланади. Бирок котувчи цемент ха-

мири аралашмасининг температураси 30...50°С га етганда, шунингдек Са(ОН), нинг эрувчанлигинп камайтирувчи эритмада ишкорнинг борлиги, асосан ЗСаО -2SiOҳ • ЗН,0 таркибли гидросиликатларни ҳосил килиш га имкон бера- ли. Бу бирикма CSH(B) фуппасига тааллуклидир. Шунинг учун яхши кристалланган тоберморит — C_sS₆H₅ ҳам шу группага киради.
Агар цемент хамирида, асосан ЗСаО -2SiO, ■ ЗН₂0 ҳосил булади деб фараз килсақ у ҳолда C,S нинг сув билан ре- акцияси куйидагича ёзилади:
2(ЗСаО Si0₂)+6H₂0 = ЗСаО -2Si0₂ ■ ЗН_;0 + ЗСа(ОН),
Куриниб турибдики, бу реакцияда уч кальцийли сили­кат гидролитик парчаланиш натижасида куп микяорда эркин кальций гидрат оксид хосил килади. Бу гидрат це- менттош структурасини узгартириши билан бирга унинг сувда емирилишини ҳам тезлаштиради. Бу хрлатнинг ол- дини олиш ҳакида куйида тухталиб утилади.
CSH(B) фуппасидаги кальций гидросиликатлар кот­лами кристалл структурага эга булиб, Н,0 молекулалари- ни турли микдорда (2; 5; 1; 0,5) катор орасида ушлаб ту- ради. Бу сув кристалл текисликлари орасидаги бушликдан буяланиб кетиши ва яна сингиб кириши мумкин. Натижа- да кристалл тур киришади ва сув сингиб кирганда шиша- ди. 2...2,5 молекула сувли гидросиликатлар одатдаги тем- пературада ва у бир оз кутарилганида ҳам баркарор туради. Температура 100°С атрофида булганида гидрат сувнинг мик­дори бир молекулагача камаяди, температура 250°С гача ортса, сув 0,5 молекула колади. 450...500°С да гидрат струк- тураси узгармасдан гидросиликатларнинг тула сувсизла- ниши бошланади. 700...800°С да тур узгариб анчагина ки­ришади ва натижада (3 — волластонит х,осил булади.
CSH(B) ва C₂SH, фуппасидаги гидросиликатлар калин- лиги 20...30 А икки-уч молекула катлам атрофида, кенг- лиги 400...500 А, уртача узунлиги 1 мкм га якин жуда юпка барг каби ҳосил булади.
Янги маҳсулот заррачаларининг солиштирма сатҳи; икки катламининг калинлиги 376 м^:/г, уч катламининг Калинлиги 252 м²/г.
CSH(B) ва C,SH, гидросиликатлар мунтазам равишда сув билан ишланса, Са(ОН)₂ эриб ювилиши ҳисобига улар тула парчаланадм. Ювилмаи колган катти к кием аеосан FOB3K ҳолатдаги сувли кумтупрокдан иборат.
Замонавий маълумотларга кура. C₃S нинг 175...200°С даги гидратацияси Са(ОН),, C₃SH,, C,SH(A), (1,8...2,4) СаО- Si0₂( 1... 1,25) • Н₂0 лардан иборат турли ма.ҳсулот- ларии ва уч кальцийли гидросиликат C.SH,. ни ,ҳосил килади. Курсатиб утилган гидросиликатларнинг кайсини- си куп ҳосил булиши температура, иссик-нам шароитда ишлов беришнинг вактига ва бошка факторларга боглик-
(3 — икки кальций силикат 160°С гача гидратация жара­ёнида C₂SH₂ ни зҳосил килади. Бу бирикма яна юкорирок температурада C₂SH(A) га, Тейлор буйича эса C,S нинг а — гидратига утади.
C₃S ва C₂S нинг кварц куми билан 10:30 ва 50:50 нис- батдаги аралашмаси 175...200°С да 8... 10 соат давомида иссик-нам шароитда ишлов берилганда CSH(B). к>'м кам булганда CSH(B) билан биргаликда C_:SH(A) ҳосил булади.
CSH(B) типдаги гидросиликатлар 150...200°С да 10...20 мономолекула калинлигидаги пластинкадан иборат була­ди. Бу эса янги маҳсулотларнинг оддий температурада ,ҳосил булгандагига нисбатан солиштирма сатҳини жуда ҳа.м ка- майтириб юборади. Кристалланиш даражаси анча ортади.
Уч кальцийли алюминат С,А одатдаги шароитда гидра- тацияланганда олдин метастабил гексагонал пластинка- симон бирикма — ЗСаО ■ А1₂0,- (10... 12)Н₂0 ҳосил булади. Аммо бу модда икки кальций ва турт кальций гидроалю- минатларнинг эквимоляр нисбатдаги аралашмасидан ибо­рат деб тахмин килинади. Бу фаза нисбатан паст темпера­турада ва намлик камрок булган мух,итда бир кием гидрат сувини йукотади (Ю...8Н₂0 гача). 105°С да гидрат суви- нинг микдори 6...8. Н₂0 гача камаяди.
Сув эритмасидан Са(ОН)₂ нинг концентрацияси купи билан СаО ҳисобида 1,08 г/л булса, юкорида курсатилган фаза аста-секин 4СаО • А1,0₃ • 13Н₂0 га айлана бошлайди.
25°С дан юкорида гексагонал пластинкасимон фаза — С₃АН₁₂ 105°С да баркарор кубсимон ЗСаО • А1₂0, • 6Н,0 га утиш кобилиятига эга булади. 275°С ва ундан юкори тем­пературада бу бирикма ЗСаО • А1,0, • 1,5Н₂0 га айланади.
С₃А сув ва гипснинг турли модификациялари иштиро­кида одатдаги температурада гидратланиб гидросульфоа- люминат деб аталувчи комплекс бирикма ЗСаО ■ А1₂0₃ • 3CaS0₄ • (30...32) Н.,0 ҳосил килади. Бу бирикма гидросуль- фоалюминатнинг юкори сульфатли шакли деб ҳам атала­ди. У одатда Са(ОН)₂ нинг туйинган эритмасидан куйида- ги реакция буйича ҳосил булади:
ЗСаО • А1 О + 3CaSO, ■ 2Н,0 + 25Н.О =
2 3 4 2 2
= ЗСаО ■ А1₂0₃ ■ 3CaS0₄ • 31Н₂0
Табиатда учрайдиган бундай таркибли минерал модда эттрингит деб аталади.
Са(ОН)₂ ва кальций сульфатнинг паст концентрация- ларида. асосан гидросульфоалюминатнинг бир сульфатли шакли ҳосил булади. У купинча 4СаО • А1₂0₃ • 13Н₂0 би­лан катти к эритма ҳосил килади, унинг формуласи куйи- дагича: ЗСаО ■ А1,0, ■ Са(ОН)₂- 12Н₂0.
Сувли эритмаларда кальций оксиднинг микдори 0,027 г/л дан кам булса, уч сульфатли шаклдаги гидросульфоа- люминат баркарор бул.майди.
Таркиби ва структурасига кура, гидросульфоалюминат- ларга ухшаш бошка силико-, карбо-, хлоралюминат деб аталувчи комплекс бирикмалар ҳам бор, улар куйидаги- лар: ЗСаО • А1₂0₃ ■ CaSiO, • 12Н₂0; ЗСаО • А1₂0₃ • 3CaSi0₃- 31Н₂0; — гидросиликоалюминат, ЗСа0 А1₂0₃ • СаС0₃ ■ 12Н₂0; ЗСаО ■ А1₂0₃ • ЗСаС0₃ ■ 31Н₂0; — гидрокарбоалю- минат, ЗСаО ■ А1₂0, ■ СаС1₂- ЮН,0 — гидрохлоралюминат кальций ва бошкалар.
Алюмоферрит фазаси сув билан куйидаги реакцияга киришади:
4СаО • А1₂0₃ • Fe,0₃ + 7Н₂0 =
ЗСаО • А1₂0₃ • 6Н₂0 + Ca0 Fe,0₃ H₂0
Аммо куп микдордаги сув таркибида Са(ОН)₂ нинг були­ши бир кальций гидроферрит турт кальций ферритли гид- ратига куйидаги реакция буйича айланади.
СаО • Fe₂0₃ ■ Н₂0 = ЗСа(ОН)₂ + 10H₂O=4CaOFe,O₃ 1ЗН₂0
Целит ва ферритли цементлар таркибида икки каль- цийли феррит бор. У гидратацияланганда икки кальций гидроферрит 2СаО ■ Fe₂0₃ • 2Н,0 ҳосил килади. Бу бирик­ма Са(ОН), эритмаларида ЗСаО • Fe₂0 • 6Н,0 га, айрим маълумотларга кура эса 4СаО Fe₂0, ■ 13Н₂0 га айланади.
Клинкер минералларнинг сув билан узаро таъсир этиш жараёни ҳамма вакт бир хил тезликда утаверади. С₃А сув билан анча тез таъсир этишади, C₄AF эса бир мунча се-
кинроқ C₃S ундан ҳам секин, C₂S жуда суст таъсир эти- шади.
Уч ва турт кальций гидроалюминат ва гидроферрит- ларнинг бир хил таркиблиси бир вактнинг узида ҳосил була бошласа, уларнинг умумий формуласи ЗСаО • (А1₂0₃

• 
  Fe₂0₃ ) • 6Н₂0 ва 4СаО (А1₂0₃ • Fe₂0₃) • 13Н,0 булган каттик эритмалар ҳосил булади.
  

Гидроферритлар гидроалюминатлар сингари гипс ва кальций хлорид билан комплекс бирикмалар: ЗСаО • Fe₂0₃

• 
  3CaS0₄ • (30—32)Н₂0 ва ЗСаО ■ Fe₂0₃ • CaS0₄ (10—12)Н₂0 ҳосил килади. Туйилган кум билан 175...200°С да гидрогра- натларни:
  

ЗСаО ■ (А1₂0₃ • Fe₂0₃) ■ xSi0₂ • (6—2х) Н₂0
Шунингдеқ CSH(B) типдаги гидросиликатларни хрсил килади. C₂F ҳам автоклавда иссик-нам ишловига учратил- са, худди шундай жараён содир булади.
Цемент таркибидаги алюминат, алюмоферрит ва шиша фазасидаги Na₂0 + К₂0 сув билан реакцияга киришганда. эриб NaOH ва КОН ҳосил булади. CaS0₄ иштирокида ишкорлар у билан реакцияга киришиб, Na,S0₄ ва K,S0₄ ҳосил килади. Натрий ва калий ишкорлари сувда Са(0Н)₂ нинг концентрациясини пасайтириб, билвосита вужудга келадиган кальций гидросил и катлар таркибига таъсир эта- ди. Одатда цемент ҳамирининг сувли эритмасида ишкор- ларнинг умумий микдори 1% дан ортмайди.
Портландцементнинг сув билан реакцияга киришган­да бирданига цемент таркибига кирувчи айрим минерал- ларнинг ва фазаларнинг гидратацияси ва гидролизи бош- ланади. Биринчи навбатда, сув билан С₃А реакцияга кири­шиб, умумий таркибли гидроалюминатлар аралашмасини (С₃АН_|П__|2) ва сунгра C₄AF гидратини ҳосил килади. C₃S бирмунча суст гидратланади ва гидролизланади. У сувни Са(ОН)₂ га туйинтириб боради. Белит эса сув билан ута суст реакцияга киришади. Айни бир вактда мураккаб ик- киламчи реакциялар ҳам кетади. Улардан айримлари уч сульфат шаклидаги гидросульфоалюминат ва гидросульфер- ритларни ҳосил килади. Бу бирикмаларнинг каттик эритма ҳолида ҳосил булиши суюк мух,итда Са(ОН)₂ ва CaS0₄ кон- центрациясининг юкорилигини курсатади. Умумий таркибли гидросульфоалюминатлар C,(AF) • 3CaS0₄ (30—32)Н,0 ёмон эрувчанлиги туфайли ута майда дисперс заррачали каттиқ фаза ҳосил килади. Кейинчалик системада каль­ций сульфат микдорининг камайиб бориши туфайли, уч сульфатли фаза аста-секин бир сульфатли фазага айни шу вактнинг узида таркиби C₃(AF) • CaS0₄ ■ 12Н,0 ва C,(AF)

• 
  1314,0 дан ташкил топган мураккаб каттик эритмали бирикмаларни ҳосил килади. Х,аводаги СО, иштирокида, кисман С₃А • СаС0₃ • 12Н₂0 ҳам ҳосил булиши мумкин. Портландцемент дастлаб сув билан бирикканда серсув гид- ратли бирикмалар 2Ca0Si0₂ ■ 4Н₂0, ЗСа0 А1,0₃ • 12Н₂0, 3Ca0Al₂0,-3CaS0₄ ■ 31Н₂0 ва бошкалар х,осил булади. Вакт утиши билан аста-секин котиш жараёни курсатилган би­рикмалар парчаланиб портландцемент кам сувли гидрат- ларга, жумладан, C₃S₂H₃; С₃АН₆; С₃А- CaS0₄ • 12Н₂0 га утади. Шу нарса маълумки C₂S ва C₃S нинг эрта гидрата- цияланишида таркиби жиҳатидан якин булган кальций гидросиликатлар ҳосил булади, C₃S нинг гидратацияси мобайнида эркин ҳолда ажралиб чикадиган Са(ОН)₂ крис- таллари котаётган массанинг микротулдиргичи вазифаси- ни бажаради, яъни C,S ва C₃S бир хил даражада гидрата- цияланганда улардан ҳосил булган мономинерал тошлар- нинг мустаҳкамлиги бир-бирига якин булиши керак.
  

Кальций гидросиликатларни кальций силикатларнинг гидратлари дейиш мумкин. Айрим гидросиликатларда сув турлича богланган булади: ОН, Н₂0-гидратли, кристал­лик цеолитли. Шунингучун уларнинг дегидратацияси ҳам турличадир.
Тейлор кальций гидросиликатларнинг куйидаги асосий группаларини белгилади:

1. 
   Структурасига кура волластонитга якин бирикмалар; некоит, окенит, ксонотлит, фашогит. геллебрандит.
   
2. 
   Тоберморитли;
   
3. 
   Гидролитли: гидролит, трускоттит, Z — фаза;
   
4. 
   у — C₂S структурасига кура якин бирикмалар: каль­ций хондродит (гидрат у — C₂S);
   
5. 
   Бошка кальций гидросиликатлар: афвиллит, гидрат C,S, у —фаза.