БАЙЛАНЫСТЫРУШЫ МАТЕРИАЛДАР, ОНЫҢ КЛАССИФИКАЦИЯСЫ.


Байланыстырушы материалдар, оның классификациясы.

Байланыстырушы деп физико-химиялық процестердің нәтижесінде қатаюға қабілеті бар заттарды айтады. Қамыр тәріздіден тас тәріздіге айналған кезде тұтқыр зат тастарды немесе топырақ, гравий, щебень дәндерін  өзара байланыстырып біріктіреді. Тұтқыр заттардың осы қасиеттері бетондарды, силикатты кірпіштерді, асбестоцементты және тағы басқа күйдірілмеген жасанды материалдарды; құрылыс ерітінділерді дайындау үшін қолданылады.

Байланыстырушы заттар құрамы бойынша былай бөлінеді:

1. Бейорганикалық немесе минералды (әк тас, цемент, құрылыс гипс, магнезиалды цемент, сұйық шыны және т.б), оларды сумен ерітеді (кейбір кезде сулы тұз ерітінділерімен). Олар байланыстырушы ауалы, байланыстырушы гидравликалық, байланыстырушы автоклавта қатайтылатыннан тұрады.

2. Органикалық (битумдар, дегтлар, жануар желім, полимерлер), оларды жұмысшы күйге қыздыру, балқыту немесе органикалық сұйықтықтарда еріту арқылы келтіреді..

Байланыстырушы материалдар, минералды немесе органикалық құрылыс материалдар, олар бетон, құрылыс конструкцияларының жеке элементтерін қосу, гидроизоляциялау және т.б. үшін дайындайды.

Бейрганикалық (минералды) байланыстырушы

1. Минералды байланыстырушы материалдар – өте ұсақ ұнтақталған ұнтақтәрізді материалдар, су жиі тұз, қышқыл және сілті ерітінділермен араластырғанда майысқақ форматүзгіш масса береді, ұзақ уақыт ұстағанда тастай берік зат түзетін бір немесе бірнеше копкомпонентті ұнтақ тәрізді. Минералды тұтқыр материалдардың қатаюы еру, аса қаныққан ерітінділер және коллоидты масса түзу процестерінің нәтижесінде болады; соңғысы жартылай немесе толық кристалданады. Құрамы мен қасиетіне байланысты  байланыстырушы заттарды 5 топқа бөліп қарастырады.

Байланыстырушы материалдардың классификациясы

Гидравликалық байланыстырушы материалдар сумен араластырғанда ауада қатқаннан кейін суда қатуын жалғастыратын материалдарды айтады. Оларға әртүрлі цементтер және гидравликалық әк тас жатады. Соңғысы мергелилы әк тастарды 900-1100°С температурада күйдіру арқылы алынады; оның құрамында 2CaO·SiO2, СаО·А12О3, СаО·Fe2O3, CaO· MgO және кварц бар.

Гидравликалық әк тастың қатаюы кезінде СаО сумен және ауадағы СО2 мен әрекеттесуі, және түзілген өнімдердің кристаллизациясы болады. (ІІ) Са силикаты, алюминаты және ферраты сумен әрекеттесіп гидравликалық әк тастан жасалған бұйымдарға беріктік беретін қосылыстар түзеді. Гидравликалық байланыстырушы материалдарды жер беті, жер асты және гидротехникалық ғимараттар құрылысында, яғни үнемі су әсеріне түсіп отыратындарда қолданады.

Ауалы байланыстырушы материалдар сумен араласқан жағдайда қатайып өзінің беріктігін тек қана ауада сақтайды. Оларға ауа әк тас, гипсты-ангибридты және магнезиалды тұтқыр материалдар жатады. Біріншісі, құрамында  СаСО3 (әк тас, мел, әк тасты туф), 1100-1300 °С температурада; негізінде ол СаО (сөндірілмеген әк тас немесе кипелка деп аталады) материалдарды күйдіру арқылы алынады. Сөндірілмеген әк тас сумен араластырғанда сөндірілген әк тасқа - Са(ОН)2 айналады, ол кейін біртіндеп кристалданып ауадағы СО2 мен СаСО3 -қа айналады. Ауалы әк тасты, сумен әсер етпейтін, құрылыс ерітіндіні дайындау, қабырғаны көтеру және штукатурка жасау үшін, қолданады.

Гипсты-ангидритты байланыстырушы материалдарды табиғи гипсты CaSO4·2H2O, ангидритты (CaSO4) күйдіру арқылы немесе құрамында гипс (мысалы, фосфогипс, борогипс) бар химиялық өнеркәсібтің екіншілік өнімінен алады. Термиялық өңдеу шартына, жабысу және қатаю жылдамдықтарына байланысты гипст байланыстырушы материалдар болуы мүмкін:

1) тез жабысатын, тез қатаятын және төмен күйдірілген (күйдіру температурасы 110-190°С); оларға құрылыс гипс (алебастр), форматұзгіш, беріктігі жоғары медициналық жатады;

2) баяу жабысу және баяу қатаю жоғары күйдірілген (күйдіру температурасы 600-900 0С) – ангидритты тұтқыр (ангидритты цемент), жоғары күйдірілген гипс (эстрихгипс), рәсімдеу үшін гипсты цемент.

Ангидритты байланыстырушы қатайтуға деген катализатормен – әктас, сульфаттар, күйдірілген доломитпен және т.б., бірге үнтақтағаннан кейін қолданады. Гипст-ангидритты тұтқыр материалдарды қабырғалар плиткалар, қабырға тастарды, архитектура-ашекейлеу бұйымдарды, фарфор-фаянсты модельдер мен формаларды және керамикалық өнеркәсібте,  ортопедиялық корсеттер жасауда қолданады.

Магнезиалды байланыстырушы материалдарды табиғи магнезит немесе доломитты температура 750-800 0С  күйдіру арқылы алады. Каустикалық магнезит құрамы негізінде MgO, каустикалық доломит - MgO және СаСО3.

Басқа минералды байланыстырушы материалдарға қарағанда оларды MgCl2 немесе MgSO4 қолданым ерітінді жасайды; осы кезде MgCl2·5Mg(OH)2·7H2O түзіледі, ол кейін баяу MgCl2·3Mg(OH)2 және Mg(OH)2 өтеді. Магнезиалды тұтқырларды ағаш толтырғыштар қатысында қоспа жасалынып құрылыс материалдар –ксилолит және фибролит, термоизоляциялық материалдар, штукатура ерітінділерін, жасанды – мрамор және т.б. жасау үшін қолданады.

 Қышқылға төзімді байланыстырушы материалдар құрамында негізінде өте ұсақ үнтақталған кварцты топырақ пен Na2SiF6 қоспасы бар қышқылға төзімді цементен тұрады; оларды Na немесе К силикаттының сулы ерітінділерін қолданып жасайды, олар қышқыл әсерінен ұзақ уақыт беріктігін сақтайды. Қатаю барысында мынадай реакция болады:

Na2SiF6 + Н2О + 2Na2SiO3 → 6NaF + 3Si(OH)4

Қышқылға төзімді байланыстырушы материалдарды қышқылға төзімді сылақ, құрылыс ерітінділерін және бетондар өндірісінде қолданады.

Автоклавты қатудан алынған тұтқыр материалдар әк және әк -кремнийлі мен әк – нефелинді тұтқыр заттардан (әк, кварц құмы, нефелинді шлам) тұрады және автоклавта өндеуде қатады (6-10 сағ, бу қысымы 0,9-1,3 МПа). Сондай-ақ, осындай тұтқыр материалдарға құмды портландцемент және басқа да әк, күл және аз белсенді шламдар негізіндегі тұтқыр заттар жатады. Силикатты бетондардан (блоктар, силикатты кірпіш және т.б.) өнімдер өндірісінде қолданылады.

 Фосфатты байланыстырушы материалдар арнайы цементтерден тұрады; оларды созылмалы массаларды түзіп Н3РО4 мен ерітеді,  баяу монолитты денеге айналып қатаяды және өзінің беріктігін 1000 0С сақтайды. Әдетте титанфофатты, цинкфосфатты, алюминийфосфатты және т.б. қолданады. Осындай байланыстырушы материалдарды өтқа төзімді футеровка үшін массалар және герметиктар дайындауда қолданады.

Органикалық байланыстырушы материалдар.

Органикалық байланыстырушы материалдар – полимеризациялану немесе поликонденсациялану нәтижесінде созылмалы күйден қатты немесе аз созылмалы күйге айналуға қабілеті бар табиғаты органикалық заттар. Минералды байланыстырушы заттарға қарағанда олар аз шетін (менее хрупкий), созған кезде беріктігі үлкен. Оларға мұнай (асфальт, битум) өңдеу кезіндегі өнімдер, ағаштың (деготь) термиялық ыдырау кезіндегі өнімдер, сонымен бірге, синтетикалық термореактивты полиэфирлы, эпоксидты, фенол-формальдегидты смолалар жатады. Органикалық байланыстырушы материалдарды жол, көпір, еден өндірісінде қолданады

Гипсты байланыстырушы материалдар жартылай сулы кальций сульфатының немесе сусыз кальций сульфатының негізінде алынатындар - ауалы байланыстырушы материалдар. Термиялық өңдеу күйіне және байланысу мен қатаю жылдамдығыне тәуелді олар екі топқа бөлінеді: төмен температурада күйдіру (тез байланысатын және тез қатаятын) – құрылыс пен формалауға келетін, беріктігі жоғары гипс; жоғары температурада күйдіру (баяу байланысатын және баяу қатаятын) – ангидритты цемент, жоғары температурада күйдірілген гипс (эстрих-гипс).

 Құрылыс гипсті термиялық өндеумен автоклавтарда (варочные котлы), айналмалы күйдіру пештерінде және басқа да технологиялық құралдарда 140-190 °С температурада  ұсақталған немесе алдын ала ұнтақ табиғи гипстен (гипс тасы) алады. Гипс қамырының қатуы 4-15 мин сумен араластырудан кейін басталады. Қысқан жағдайда құрылыс гипстің үзілуге ​​беріктігі 10 Мн/м2 (100 кгс/см2) шамасына жетеді. Құрылыс гипс гипс өнімдерін (негізінен ғимараттардың ішкі бөлімдерін) шығаруға,  сонымен қатар сылақ және қалау жұмыстары үшін қолданылады.

Құйылған гипсті және жоғары берікті гипсті негізінен құрылыс гипспен бірдей әдістерімен алады, бірақ одан да таза шикізаттан; олар жоғары беріктілікпен ерекшеленеді, керамикалық және басқа өндіріс салаларында әр түрлі пішіндер мен моделдер дайындауға, сонымен қатар  құрылыс материалдары және сәулет деректемелері өндірісінде қолданылады.

Кеңес Одағы ғалымы А. В. Волженский ұсынған гипсцементпуццоланды тұтқырлар (ГЦПТ) құрылыс гипспен гипс тұтқырларының басқа түрлерін Портландцементпен және қышқыл гидравликалық қоспалармен (трепел, диатомит, жанартау күлі, трасс, туф, қоңыр көмір күлі  және т.б.) арластыру арқылы алады. Осы арласқан тұтқыр материалдар таза гипстұтқырлы материалдардан гидравликалық қату және жоғары су кедергісімен ерекшеленеді. Олардан шыққан өнімдер, құрылыс гипстен және басқа гипс тұтқырларынан алынғандардан ерекше,   айтарлықтай аз пластикалық деформацияға ұшырайды. ГЦПТ әдетте 50-75% гипс, 15-25% пуццоланды қоспа (кальций оксидін сіңіру белсенділігі 200-250 мг/г жоғары) болады. Портландцементпен  пуццоланды қоспа ара қатысынан өнім төзімділігі тәуелді,   ол арнайы әдістеме бойынша анықталады.

 Ангидритті цемент табиғи гипсті 600-700°С температурада күйдіру, кейін қатыру катализатор-қоспасымен (әк, натрий бисульфаты немесе сульфаты темір немес мыс купоросымен және басқалар) бірге ұсақтау арқылы дайындайды. Ол құрылыс ерітінділерін, бетонды, жасанды мәрмәрді, сәндік өнімдерін шығаруға қолданылады. 

Жоғары температурада күйген гипс (эстрих-гипс) табиғи гипсті 800-1000°С температурада және кейін жіңішке ұсақтау жолымен алады; ангидритті цемент сияқты қолданылады. Эстрих-гипстен жасалған өнімдердің құрылыс гипстің өнімдерімен салыстырғанда жоғары суға төзімділігі және пластикалық деформацияға кіші нашақорлығы бар.

Ауалы әктас

Әктас адамзатқа ежелгі уақыттан бері белгілі және ол сол кезден бері құрылыста және басқада салада белсенді қолданылады. Сол шикізаттың қолжетімділігімен, технологияның қарапайымдылығымен және әктастың жақсы қасиеттерімен түсіндіреді.

Әктас алу үшін шикізат болып кеңінен таралған шөгінді тау кендері қызмет етеді: кальций карбонатынан (СаСО3) тұратын ізбестас, бор, доломиттар. Егер осындай кендердің кесектерін өтта күйдіретін болсақ, онда кальций карбонаты кальций оксидыне өтеді:

СаСО3 → СаО + СО2

Күйдірілгеннен кейін кесектер көмірқышқыл газдарымен бірге өзінің салмағынан 44 % жойып, жеңіл және саңылаулы болады.

Сумен суландырған кезде олар өте жұқа ұнтаққа айналып, жақсы  Жылу бөлінуімен және судың қайнауға дейін, қатты қызуымен жүретін осы процесты әктасты сөндіру деп аталады.  Судың артық мөлшері алынған кезде түзілетін майысқақ камыр тәрізді зат байланыстырушы ретінде қолданады. Су буланған кезде қамыр қою болады және тас тәрізді күйге айналады. Әктастың кемшілігі – қатаюы өте баяу жүреді: беріктігі уақыт өте көбейеді, жылдар, он жылдар. Жалпы қатаюдағы әктас беріктігі 0,5...2 МПа –дан аспайды.

Өндіріс. Шикізат – құрамында 6...8 % жоғары емес сазды қоспалар бар карбонатты кендерді (ізбестас, бор, доломиттар),  шахталы немесе айналмалы пештерде 1000... 1200 °С температурада күйдіреді. Күйдіру барысында бастапқы кен құрамындағы СаСО3 и MgCO3, СаО кальций тотығына және MgO магний тотығына және көмірқышқыл газдарына ыдырайды. Күйдіру біртек емес болуы әктастың жартылай күйдірілгеніне немесе аса күйдірілгеніне әкеледі.

Жартылай күйдірілуы (СаСО3 толық ыдырамағаны) күйдіру процесінің тым төмен температурасында жүргізілгеннен болады, сөндірілмегеннен кейін, байланыстыруша қасиетке ие болмайды, сөйтіп әктастың сапасын төмендетеді.

Аса күйдіру, СаО кремнезем мен глиноземдағы қоспалармен балқытылу нәтижесінде, күйдіру процесін өте жоғары температурада жүргізілгеннен болады. Аса күйдірілгеннің дәндері баяу сөндіріледі, сондықтан, жарықшақ пайда болуына жол беріп, қатайып қалған материалды бұзуы мүмкін. 

Күйдірілген әктас сумен сөндірілген кезде реакция жүреді:

СаО + Н2О → Са(ОН)2 + 1160 кДж/кг

Сөндірілу барысында бөлінген жылу әктас пен судың температурасын көтеріп, тіпте қайнатып та жібереді (сондыктан, сөндірілмеген әктасты кипелка деп атайды да). Сөндірілген кезде әктас кесектердің көлемі ұлғайып ұсақ бөлшектерге (1 мкм) ыдырайды.

Сөндіру процесіне алынған су мөлшеріне байланысты

1. гидратты әктас - үлпілдек (ізбест салмағынан 35...40%, яғни мөлшерім гидратациялану реакция – сөндірілу процесі жүру үшін);

2. ізбесті қамыр (су мөлшері ізбеске қарағанда 3...4 есе үлкен);

3. ізбесті сүт (су мөлшері теориялық қажеттіден ...10 есе үлкен) алады.

Ауалы әктас түрлері. Кальций мен магний тотығының құрамы бойынша ауалы әктас болады:

- кальцийлыMgO 5 % -тен жоғары емес;

- магнезиалдыMgO > 5...20 %;

- доломиттыMgO > 20...40 %.

Құрылыста қолданылатын өнім ретінде ауалы әктасты                                        - сөндірілмеген кесек (кипелка);

- сөндірілмеген ұнтақ тәрізді (ұнтақ кипелка);

- гидратты (сөндірілген немесе үлпілдек);     

Сөндірілмеген кесек ізбесты күйдіру арқылы алынатын саңылаулары өте ұсақ болпылдақ, кесек өлшемдері 5...10см. Құрамында активты СаО + MgO заттардың және сөндірілмеген дәндердің мөлшері бойынша кесек әктасты 3 түрге бөледі:

 

Сөндірілу жылдамдығы бойынша кесек әктас :

Әктас түрі

Максимальды температураға жету уақыты,  мин

Тез сөндірілетін

Орташа сөндірілетін

Баяу сөндірілетін

<8

8...25

>25

            Сөндірілмеген ұнтақ тәрізді 

Сөндірілмеген кесек ізбесты шар тәрізді мельницаларда  кесек ізбесті үнтақтау арқылы алады. Жиі үнтақтау барысында ізбестің жалпы салмағынан 10... 20% мөлшерінде активты (гранулирленген домналы шлак, ТЭС күлдері және т.б.) қоспалар енгізеді. Кесек сияқты, үнтақтәрізді әктас 3 түрге бөлінеді.

Ұнтақ тәрізді әктас кесек тәріздінің алдында артықшылығы мынада: сумен әрекеттестіргенде ол гипсты байланыстырушы ретінде болады, яғни алдымен созылмалы қамыр түзеді, ал 20-30 минуттан кейін ол қатаяды. Ол қамыр түзіп, әрекеттесу үшін берілген су жартылай әктасты сөндіру үшін жаратылады деп ұғындырылады.

Үнтақ тәрізді әктасты қолданған кезде су мөлшері ізбест сапасына және активты қоспалар мөлшеріне тәуелді жалпы алынған ізбес салмағынан 100... 150 % құрайды.  Су мөлшерін тәжірибе жолымен анықтайды.

Гидратты әктас (сөндірілген немесе үлпілдек) – әдетте зауыт жағдайында, ізбесті сөндіру арқылы алатын өте ұсақ ақ ұнтақ. Борпылдақ жағдайға дейін сөндірген кезде әктас 2...2,5есе көлемінде ұлғаяды. Тогу кезіндегі тығыздығы – 400...450 кг/м3; ылғалдылығы — 5 % -те аспайды.

Сөндіру процесін құрылыс объектісінде және орталық жүргізіледі. Орталық жүргізілген кезде сөндірілмеген бөлшектер сулы ұнтақтау бірге жүреді, ол әктас шығымын және оның сапасын жоғарылатады.

Құрылыста әктасты сөндірілгіш ыдыстарда (творилкада) жүргізеді. Биіктігі 1/3 тен жоғары емес (қабат қалыңдығы 100 мм) ыдысқа, кесек әктас енгізеді, ойткені әктас сөндірілген кезде көлемі 2,5...3,5 есе ұлғаяды. Тез сөндірілетін әктасты басынан судың көп мөлшерімен толтырады, баяу сөндірілетінді – әктас суып қалғанын байқап, суды аз мөлшерімен порциялап қосады. Мөлшерімен 1 кг әктастан сапасына байланысты 2...2,5 л әктас қамырын алады. Бұл «қамыр шығымы» көрсеткіш.

Ауалы әктас – тек қана ұнтақтау арқылы емес, сонымен бірге сумен сөндірген кезде де ұнтаққа айналатын жалғыз байланыстырушы.

Са(ОН)2  бөлшектерінің өте үлкен беттігі және олардың гидрофильділігі әктас қамырының суды мол ұстау қабілеттілігі мен созылмалдылығын береді. Тұнғаннан кейін әктасты қамыр құрамында 50% қатты бөлшектер және 50% су. Әрбір бөлшек өзбетімен жағармайдың ролін алатын, адсорбцияланған судың жұқа қабатымен қапталған, ол әктас қамырына және оның қатысында қоспаларға жоғары созымалдылыққа ие болуға мүмкіндік береді.

Сөндірілу процесі аяқталғаннан кейін сұйық әктас қамырын сүзгіштен өткізіп арнайы ыдыста сақтайды, ол жерде барлық сөндірілу процесі аяқталғанша біраз (екі апта) сақтайды.

Әктас қамырында су мөлшері нормаланбайды. Әдетте жақсы сақталынған қамырда сумен актас қатынасы 1:1.

Қатаю. Әктас қамыры қаныққан Са(ОН)2 сулы ерітіндісінен және өте ұсақ әктастың ерімеген бөлшектерінен тұрады; одан су буға айналу барысында Са(ОН)2 –тың аса қаныққан ерітіндісі түзіледі, кейін одан кристалдар бөлініп қатты фаза құрамы өседі. Осы кезде қатайып жатқан жүйенің шөгуі жүреді, ол қандай да бір жағдайда (мысалы, қатты негізде әктас қоспасының қатаюы  — штукатуркалы қабат) материалдың жарықшақтануын болдырады. Сол себептен әктасты толтырғыштармен (мысалы, әктас-топрық ерітінділері) бірге немесе басқа байланыстырушылардың қоспарарымен материалдарға созылмалдылық қасиет беру үшін қолданады.

Кебуден сақаталынған әктас қамыры шексіз ұзақ уақыт өзінің созылмалдылығын сақтайды, яғни осындай әктаста байланысу процесы жоқ. Қатайып қалған әктас қамыры суланғанда қайтадан созылмалы жағдайға келеді (әктас – суға төзімді емес материал).

Бірақ ұзақ уақыт қатайғанда (10 жылдар) әктас беріктігі жоғары  және салыстырмалы  суға төзімді болады (мысалы, ескі ғимараттардағы қалауы).

Бұл ауада әктас көмір қышқыл газымен әрекеттесіп суда ерімейтін және берік кальций карбонатын түзеді, яғни қайтадан ізбестасқа айналады деп ұғындырылады.

Са(ОН)2 + СО2 → СаСО3 + Н2О

Осы процесс өте ұзақ жүреді, және карбонизация процесі іс жүзінде толық аяғына дейін бармайды.

Қолдану, тасымалдау, сақтау

Ауалы әктасты құрылыс жұмыстарында өздігінен байланыстырушы зат ретінде, сонымен бірге цементпен қоспа түрде; силикат кірпіш және силикатбетонды бұйымдар өндірісінде; қоспа байланыстырушы заттар (әктас-шлакты, әктаскүлді) және бояулар алу үшін.

Сөндірілмеген әктасты, әсіресе ұнтақтәріздіні тасымалдаған кезде ылғалдылықтан сақтау қажет. Ұнтақтәрізді әктас – ауадағы ылғалда өны сөндірілу процесіне ұшыратады. Сақтау мерзімі қағаз ыдыста – 25 тәулік, герметикалық ыдыста (металдан жасалған барабандарда) – шексіз.

Кесек әктасты тиеу арқылы жабық вагондарда және автомашинада, ұнтақтаріздісін арнайы автоцистерналарда.

Кесек әктасты едені ағаштан жасалған жерден бийктігі 30 см денгейде бөлмелерде сақтайды. Осыған су жақындатуға болмайды, себебі ол қызып өртке әкелуіне мүмкін. Әктас сақталынып тұрған сақтау бөлмелерінде өртті сумен өшіруге болмайды.

Осы дәріс материалдарын оқып болғаннан кейін білуге қажет  негізгі ұғымдар

Тұтқыр заттар, құрылыс гипс, сұйық шыны, битум, қара майлар, фосфогипс, борогипс, алебастр, магнезит, доломит

Вопросы для самоконтроля

1. Тұтқыр заттар не болып табылады және құрамы бойынша қалай бөлінеді?

2. Ауа тұтқыр затты алу.

3. Ауа ізбесі не болып табылады, жіктелуі.

4. Қару процесін сипаттаңыз.

5. Ауа ізбесін қолдану және сақтау.