Portlandsement klinkerining uchkalsiyli silikati va alit fazasi
Alit — portlandsementning yuqori mustahkamligi, tez qotuvchanligi va boshqa
qator xossalarini ta’minlovchi klinkerning muhim silikat mineralidir. Uning miqdori
klinker tarkibida 45…80%. Hozirgi kunda uni uch kalsiy silikatning kam miqdordagi
MgO, A1
2
O
3
, P
2
O
5
, Sg
2
O
3
va boshqalar bilan qattiq eritmasi deb hisoblanadi. C
3
S
tarkibida bu moddalarning miqdori kam bo‘lishiga (2…4%)qaramay, ular C
3
S ning
struktura va xossalariga ma’lum darajada ta’sir ko‘rsatadi
CaO-SiO
2
sistemasida uchkalsiyli silikat–3CaO · SiO
2
(Ca
3
SiO
5
) muhim birikma
hisoblanadi. Uch kalsiyli silikat murakkab polimorfizm xususiyatiga ega bo‘lib, 1100
°C haroratgacha bo‘lgan oraliqda etti turdagi polimorf shakllarda kristallanadi:
Uch kalsiyli silikatning barcha modifikatsiyalari trigonal panjaraga juda yaqin
bo‘lgan kristall panjaralar hosil qiladi. C
3
S ning shakldan-shaklga o‘tishini o‘rin
almashinishga taalluqli deb tushunilsa bo‘ladi. Strukturalar shunchalar o‘xshashki,
dastlabki koordinatsion bog‘larni buzmasdan turib bir shaklni boshqa shaklga
aylantirish uchun atomlar holatini bir ozgina o‘zgarishning o‘zi kifoyadir.
O‘zgarishlar bilan birga kechuvchi termik effektlar juda ham kam bo‘lib, 250 kal/mol
miqdorini tashkil etadi. Uch kalsiyli silikat 1250 °C dan past haroratlarda barqaror
bo‘lmay, uzoq davom etuvchi termik ishlovda C
2
S va CaO ga parchalanadi.
Parchalanish 1250 °C dan ortiq haroratlarda pishish asoratlaridan chetlab o‘tilishi
uchun tez sovitish tavsiya etiladi. Ingliz olimlarining (Uelch va Gatt) izlanishlari
orqali shu fikr tasdiqlandiki, ilgari hisoblanganidek C
3
S 1900 °C haroratda
parchalanmaydi, balki 2070 °C haroratda CaO va suyuqlik hosil qilish bilan
inkongruent tarzda eriydi. Gattning keyingi izlanishlari natijalari uni yuqori
barqarorligi va 2150 °C haroratda parchalanish haqida guvohlik beradi. Uch kalsiyli
147
silikatni kristall panjarasining tuzilishi o‘ta murakkabligi bilan farqlanadi, shuning
uchun C
3
S strukturasi xanuzgacha uzil-kesil ochilmagan. Strukturaning o‘ziga xos
xususiyati – kalsiy atomlarining tartibsiz muvofiqlanishi va ularda boshqa atom
aralashmalarning joylashishi uchun bo‘shliqlar mavjudligidir. C
3
S kristall panjarasi
tetragonal o‘qlarda joylashuvchi [SiO4
]–4
mustaqil tetraedrlaridan tashkil topadi. C
3
S
strukturasida bir-biri bilan kalsiy ionlari orqali bog‘lanuvchi ikki asosiy dalil mavjud,
ya’ni struktura elementlari orasida ion bog‘lanish mavjud bo‘lib, murakkab ionlar
strukturaning aosiy elementlari bo‘lib hisoblanadi. Bunday murakkab ionlardan biri
ortosilikatlar uchun xos bo‘lgan, kalsiy ionlari orqali bog‘langan orolsimon
tetraedrlar ko‘rinishida bo‘ladi (rasm 17). Ushbu dalil asosida ko‘rsatilgan C
3
S
strukturasining bir qismi nihoyatda zich tarzda o‘raladi. Ca-O masofa 2,35 A
o
tashkil
etadi. Yana boshqa bir dalilga ko‘ra, kremnekislorodli tetraedrga tegishli bo‘lmagan
kislorod ionlarini kalsiy ionlari bilan bog‘lanishidir. Kislorodning bunday «erkin»
ionlarining mavjud bo‘lishi C
3
S ning o‘ziga xos xususiyatlari hisoblanadi. Bu ionlar
kalsiy bo‘yicha–6 bo‘lgan koordinatsion songa ega. Kislorodning koordinatsion ko‘p
oyoqligi bo‘lmish oktaedr C
3
S strukturasida buzilgan. K alsiy ionlari kislorod ioni
atrofida shunday tarzda joylashganki, ulardan beshtasi bir yarimsferada, bittasi esa –
boshqasi ichidadir, va bu kristall panjara ichidagi elektr maydoni taqsimlanishi
buzishi lozim. Panjara ichidagi bo‘shliqlar 2,8A
o
gacha bo‘lgan o‘lchamga ega, bu
esa struktura bo‘shliqlari ichiga Ba
2+
, Mg
2+
, OH– kabi ionlarining kirishi uchun
etarlidir.
Portlandsement klinkerlarida uchkalsiyli silikat asosidagi qattiq eritmalar
klinkerning alit fazasini hosil qiladi. Portlandsement klinkerlari tarkibida alit
fazasining miqdori 50–70 og‘irlik % oralig‘ida o‘zgaradi. Alit sanoat klinkerida
monoklin, trigonal tarzda yoki monoklin va trigonal modifikatsiyalar aralashmasidan
iborat bo‘lishi mumkin. Ba’zi sekinsovitiluvchi mahsulotlarda alitning – TII triklinli
shakli mavjud bo‘ladi. TI – shakl klinkerlarda uchramaydi. Ba’zi klinkerlarda R-
shaklning mavjud bo‘lishi mumkin. Alitlarning C
3
S nisbatlari bo‘yicha ko‘p ishlar
mavjud bo‘lsada, alit fazasining portlandsement klinkerlaridagi maydoni to‘liq
148
aniqlangan emas. Elektron mikroskopii yordamida bajarilgan izlanishlar alitli
fazaning tarkibi o‘zgarmas emasligi, va MgO va Al
2
O
3
dan tashqari temir, kaliy,
natriy, fosfor, titan, xrom, marganets ionlari hamda sulfat-ionlari va o‘rin
almashinuvchi qattiq eritmalar kabi strukturasida uchkalsiyli silikat hosil qiluvchi
boshqa element ionlaridan iborat ekanligi aniqlandi. Bunday ionlarning C
3
S kristall
panjarasiga kirishi uni tartibsiz holatga keltiradi, va bu alitning gidravlik faolligini
kuchayishiga olib kelishi mumkin. Bunday effektni bog‘lovchi moddalar
texnologiyasida «legirlovchi» deb yuritiladi, legirlash amalidan esa klinkerlarning
gidravlik faolligini ko‘tarish usuli kabi foydalaniladi. Laboratoriya izlanishlari shuni
ko‘rsatadiki, alit fazasini sintezlash haroratidan boshlab sekinlikda sovitish hosil
bo‘lgan mahsulotni gidratatsiya chog‘ida mustahkamligini pasayishigava issiqlik
ajralishini pasayishiga olib keladi. Suningdek, alitning yuqori haroratli
modifikatsiyalari, qoidaga ko‘ra past haroratli modifikatsiyaga nisbatan ko‘proq faol
ekanligi aniqlangan. Shuning uchun yuqori sifatli sement klinkeri olish uchun alitning
yuqori haroratli trigonal yoki monoklinli shakllarini barqarorlashtirish maqsadida
klinker tezlikda sovutilishi lozim.
Alit kristallar odatda olti oyoqlik yoki to‘g‘ri burchaklik shaklda bo‘ladi.
Uning zichligi 3,15 g/sm
3
. Toza C
3
S 1200…1250°C dan 1900…2070
0
C gacha
harorat oraliqda barqaror bo‘ladi. Bu temperaturadan pastda C
3
S—C
2
S va CaO gah.
2070
o
C dan yuqorida esa C
3
S eriydi. Pastki temperatura chegarasi amaliy ahamiyatga
ega, chunki klinker sanoat pechida sovish zonasiga o‘tib soviyotganida bir oz vaqt
1200…1250
o
C chegarada turib qoladi, bu esa C
3
S ning parchalanishiga olib keladi
va demak, klinker sifatini yomonlashtiradi. Odatdagi temperaturalarda o‘ta sovish
sababli klinker parchalanmaydi.
149
17-Rasm. Nish iva Taksuchi ma’lumotlariga ko‘ra,C
3
S ning modifikatsiyasi
romboedrik kristall reshetka (R) qo‘rinishida. Rasmda qo‘rsatilgan kalsiy atomlari
(shtrixlanmagan katta kruglar), kremniy atomlari (shtrixlanmagan kichik kruglar),
kislorod ionnlari (shtrixlangan katta kruglar) va kislorodli tetraedrlar ( uch
burchaklar)
Klinkerdagi SO
3
miqdori, mass.%
18-Rasm. Klinkerdagi MgO ning SO
3
ning miqdoriga nisbati .
150
Portlandsementning mustahkamligiga va boshqa xossalariga klinkerdagi alit
kristallarining shakli (o‘lchami, klinker bo‘ylab turli o‘lchamdagi kristallarning
taqsimlanishi, kristallanish darajasi va boshqalar) ham ancha ta’sir ko‘rsatadi.
Petrografik taxlillarning ko‘rsatishicha, 600…700 markadagi portlandsementni
tayyorlash uchun klinker tarkibidagi turli o‘lchamli alit kristallarning orasida asosan
o‘lchami 3…20 mkm yiriklikdagi kristallar ko‘proq bo‘lishi kerak. Bundan tashqari,
kristallar to‘g‘ri prizmatik yoki geksagonal shaklda bo‘lishi ma’kul (Yu.M.Butt,
V.V.Timashev).
Xom ashyo tarkibidagi mavjud yoki maxsus xom ashyo aralashmasiga
kiritiladigan FeO, MgO, CaSO
4
, CaF
2
, R
2
O
5
, TiO
2
, Sg
2
O
3
, MnO, Fe
2
O
3
kabi
qo‘shilmalar portlandsement mustahkamligiga ijobiy ta’sir etishi aniqlangan.
Kuydiriladigan xom ashyo aralashmalari tarkibida 0,1…0,5% miqdorda yuqorida
aytilgan qo‘shilmalarning bo‘lishi alitning kristallanishiga legirlovchi modda sifatida
ta’sir ko‘rsatadi, bu esa sementlarning aktivligini oshirishga imkon tug‘diradi. Ammo
bu qo‘shilmalarning ta’sir qilish mexanizmi yaxshi aniqlanmagan. M.M.Sichev,
Yu.M.Butt, V.T.Timashev taxminicha, bunday moddalar sement klinkerini
pishirishda alit kristallarining juda qulay struktura va o‘lchamlarda hosil bo‘lishiga
imkon berib, boshqa kam mustahkamlik beradigan minerallarni hosil qilmaydi.
Portlandsement klinkerida hosil bo‘ladigan alit tarkibini quyidagi formula bilan
ifodalash mumkin:
54CaO • 16SiO
2
• MgO • Al
2
O
3
Bog‘lovchi materiallar texnologiyasi uchun eng
muhim sistemalardagi fazaviy muvozanatlar to‘g‘risidagi ba’zi ma’lumotlarni ko‘rib
chiqamiz.
| 