বৃহস্পতিবার, ২৩ অক্টোবর, ২০১৪

সিমেন্ট রাসায়ন (Chemistry of Cement)



অ-জলবাহী (Non-hydraulic) সিমেন্ট বাতাসে স্বাভাবিকভাবেই উপস্থিত কার্বন ডাইঅক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া করে শক্ত হয়, যেমন স্লেকড লাইম (পানির সঙ্গে ক্যালসিয়াম হাইড্রোক্সাইডের মশ্রণ )চুনকে বায়ুমন্ডলীয় চাপে প্রায় ১০ ঘন্টা ৮২৫ ° সি (১৫১৭ ° ফাঃ)  তাপমাত্রায় পুড়িয়ে ক্যালসিয়াম অক্সাইড উত্পাদিত হয়। :

CaCO3 → CaO + CO2
ক্যালসিয়াম কার্বনেট   ক্যালসিয়াম অক্সাইড + কার্বন ডাইঅক্সাইড

তারপর ক্যালসিয়াম অক্সাইডের সাথে পনি মিশানো হয়  স্লেকড লাইম* করার জন্যে  
স্লেকড লাইম থেকে জল সম্পূর্ণভাবে ঘনীভূত হলে (যাকে টেকনিক্যালি সেটিং বলা হয়),  কার্বনেশন শুরু হয়:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
ক্যালসিয়াম হাইড্রক্সাইড + কার্বন ডাইঅক্সাইড    ক্যালসিয়াম কার্বনেট + পানি       

বাতাসে কার্বন ডাই অক্সাইডের পরিমান কম হওয়ার কারণে এই বিক্রিয়াতে উল্লেখযোগ্য পরিমাণ সময় লাগে। কার্বনেশন প্রক্রিয়া শুরু হওয়ার জন্যে শুষ্ক সিমেন্টকে বাতাসের সংস্পর্শে আসতেই হবে। একারনেই স্লেকড লাইম এক প্রকার অ জলবাহী সিমেন্ট এবং  এটি দিয়ে কোন ভাবেই জলীয় স্থানে বা পানির নিচে কাজ করা সম্ভব নয়।

বিপরীতভাবে, জলবাহী সিমেন্টের মূল রসায়ন হল  জলয়োজন(hydration)। জলবাহী সিমেন্ট (যেমন পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট) হল সিলেকেট(SILICATES) এবং অক্সাইড -এর মিশ্রণ। এর চারটি প্রধান উপাদান হচ্ছে:
Belite (2CaO·SiO2);
Alite (3CaO·SiO2);
Celite (3CaO·Al2O3);
Brownmillerite (4CaO·Al2O3·Fe2O3).
সিমেন্ট সেটিং-এর সময় বিক্রিয়া হল:
(3CaO·Al2O3)2 + (x+8) H2O → 4 CaO·Al2O3·xH2O + 2 CaO·Al2O3·8H2O
(3CaO·Al2O3) + 12 H2O + Ca(OH)2 → 4 CaO·Al2O3·13 H2O
(4CaO·Al2O3·Fe2O3) + 7 H2O → 3 CaO·Al2O3·6H2O + CaO·Fe2O3·H2O
এবং শক্ত হওয়ার সময়ের বিক্রিয়া (হাইড্রসনের রসায়নিক বিক্রিয়া এখনও পুরোপুরি স্পষ্ট নয়):
(3CaO·SiO2)2 + (x+3) H2O → 3 CaO2·SiO2·xH2O + 3 Ca(OH)2
(2CaO·SiO2)2 + (x+1) H2O → 3 CaO2·SiO2·xH2O + Ca(OH)2
প্রচলিত ভাবে উপরের সুত্র গুলোই সিমেন্টের রাসায়নিক বিক্রিয়া হিসাবে স্বীকৃত কিন্তু  সিমেন্টের রাসায়নিক বিক্রিয়া সম্পূরূপে পরিষ্কার না এবং এখনও এটি নিয়ে গবেষণা চলছে।

--* --*---


স্লেকড চুন (Slaked Limes) কি?

ক্যালসিয়াম হাইড্রক্সাইডকে  সাধারণ ভাবে স্লেকড চুন বলা, এটি একটি অজৈব যৌগ,  রাসায়নিক সূত্র Ca (OH) 2 । এটি বর্ণহীন স্ফটিক বা সাদা গুঁড়া হয় এবং ক্যালসিয়াম অক্সাইড (চুন) পানির সাথে মিশ্রিত হয়। এটার অনেক নাম আছে যেমন হাইড্রলিক চুন, বিল্ডার চুন, স্লেকড লাইম, ক্যাল ইত্যাদি।

জলবাহী (Non-Hydraulic) িমেন্ট কি?

  • জলবাহী সিমেন্ট হল মৌলিক একেবার প্রাথম দিকে বিজ্ঞানীদের দ্বারা উদ্ভাবিত সিমেন্টের প্রথম রুপ ছিল এটি।
  • জলবাহী সিমেন্ট হল সেই সিমেন্ট যা কখনোই জলের সংস্পর্শে শক্ত না।  
  • জলবাহী সিমেন্ট মূত তৈরি হয়েছে সেই সকল খনিজ উপাদান থেকে যেগুলো সাধারনণত তরল অবস্থায় থাকে, যেমন অ জলবাহী চুন(non-hydraulic lime), জিপসাম প্লাসটার ইত্যাদি।  

কার্বনেশন (Carbonation) কি?

কোন পদার্থে যদি চাপের কার্বন ডাই অক্সাইড জড়িত থাকে এবং কোন বিক্রিয়ার কারনে যদি চাপ কমে যায়, তখন কার্বন ডাই অক্সাইড বাতাসে মুক্ত হয়ে যায় যা ছোট বুদবুদ হিসাবে বের হয়।  কার্বন ডাই অক্সাইড বাতাসে মুক্ত হওয়ার এই  প্রক্রিয়াকে কার্বনেশন বলে। 

কেলকিনেশন(Calcination ) কি?
একটি থেকে একটি পদার্থকে উচ্চ তাপমাত্রা উত্তাপন, কিন্তু তাপমাত্রা ঐ পদার্থের গলনাঙ্কের নীচের থাকে যাতে পদার্থের ভিতরকার  যৌগ গুলো পৃথক হয়।

হাইড্রেসন(Hydration) কি?

সিমেন্ট এর জলয়োজন(Hydration) বলতে সাধারণত বুঝায় শুষ্ক সিমেন্টকে  যখন জল দিয়ে মিশিয়ে প্রস্তুত করা হয় তখন সিমেন্ট পেস্টের মধ্যে যে জটিল পরিবর্তন এবং প্রতিক্রিয়া ঘটে তাকে।

বিলাইট (BELITE)  কি

ডাইকেলশীয়াম সিলিকেট যার রাসায়নিক সূত্র Ca2SiO4 । পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট উত্পাদনে ব্যবহৃত একটি শিল্প খনিজ.


এলাইট (ALITE) কি?
 
ট্রাইকেলশীয়াম সিলিকেট যার রাসায়নিক সূত্র  Ca3SiO5, কখনও কখনও এটি 3CaO · SiO2 সুত্র দিয়েও প্রকাশ  করা হয়। সিমেন্ট রসায়নবিদের সংগঠন cement chemist notation (CCN) এটিকে প্রকাশ করে C3S-এ ভাবে এটা পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট প্রধান এবং চরিত্রগত নির্ধারনি খনিজ উপাদান।
নাম তদন্তে ক্রিস্টাল করতে ১৮৯৭ সালে পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট এর আণুবীক্ষণিক পর্যবেক্ষণে   এটি চিহ্নিত হয়।

Celite কি? :
celite  এক প্রকার খনিজ মাটি যা প্রাকৃতিকভাবে নরম, খড়ি মত পাললিক শিলা যাকে সহজে ভাঙ্গে সূক্ষ্ম সাদা পাউডারে পরিণত করা যায় ।  রাসায়নিক পরীক্ষায় দেখা গেছে এতে ৮৬% সিলিকা, % সোডিয়াম, % ম্যাগনেসিয়াম এবং ২% লোহা আছে।
Brownmillerite কি? :
এক প্রকার খনিজ যার রাসায়নিক সুত্র Ca2AlFeO5 । সাধারনণত চুনা পাথরের সাথে আগ্নেয় লাভা দীর্ঘ দিন মটির নিচে থাকার ফলে এটি তৈরি হয়। এটি ক্যালসিয়ামের অক্সাইড, আয়রন, এবং এলুমিনিয়াম দিয়ে গঠিত।
 


বৃহস্পতিবার, ১৬ অক্টোবর, ২০১৪

সিমেন্টের রাসায়নিক গঠন


ভূমিকা


পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট সিমেন্ট এবং জল মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার থেকে তার শক্তি অর্জন করে। এই  প্রক্রিয়াকে জলয়োজন,পানিশূন্যতা বা হাইড্রেসন(Hydration) হিসাবে পরিচিত। এটি একটি জটিল প্রক্রিয়া যা বুঝার জন্যে সবার আগে সিমেন্টের রাসায়ন বুঝতে হবে।

সিমেন্ট উত্পাদন

পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট নিম্নলিখিত উপকরণ দ্বারা, নিষ্পেষণ(crushing),মিলের মধ্যে প্রক্রিয়াজাত করন(milling)এবং অনুপাত অনুযায়ী সুসমন্বিত করন(proportioning)  করে উত্পাদিত হয়: 

  • চুন বা ক্যালসিয়াম অক্সাইড, CaO:- চুনাপাথর, খড়ি, জীবাশ্ম , নরম শীলা বা চুনসম্বলিত শিলা থেকে । 
  • সিলিকা, SiO2:- বালি, পুরাতন বোতল, কাদামাটি বা মৃন্ময় শিলাতে থাকে ।
  • এলুমিনিয়া, Al2O3:-  বক্সাইট থেকে পুনর্ব্যবহৃত এলুমিনিয়াম, কাদামাটতে থাকে। 
  • আয়রন, Fe2O3:- মাটি, লোহা আকরিক, স্ক্র্যাপ লোহা ও কারখানা থেকে নিঃসরিত ছাই থেকে পাওয়া যায়। 
  • জীপসাম, CaSO4.2H20:- চুনাপাথর সঙ্গে একসঙ্গে পাওয়া,খনিতে বা সার কারখানার উপজাত থেকে পাওয়া যায়।
জিপসাম ছাড়া অন্যান উপকরণ গুলো নিদিষ্ট অনুপাতে মিশিয়ে প্রথমে গুড়ো ও পরে কাদা জাতীয় মন্ড তৈরি করা হয়। এই কজটি দুটি প্রক্রিয়ায়  করা যায় এক - শুষ্ক প্রক্রিয়া বা দুই ভিজা প্রক্রিয়া। অতঃপর মন্ডটিকে কিলন মেশিনে ঢুকানো হয় যার তাপমাত্রা ২৬০০º ফারেনহাইট। পুড়ানোর ফলে ঈষৎ ধূসর কালো নুরির মত দলা বের হয় যা ক্লিংকার হিসাবে পরিচিত। এলুমিনিয়া এবং লোহা এখানে বালির গলনাঙ্ককে ৩০০০ থেকে ২৬০০º ফারেনহাইটে কমিয়ে আনে। তারপর ক্লিংকার গুলোকে ঠান্ডার করে সিমেন্ট মিলের ভিতর ঢুকানো হয় একে বারে গুড়ো/মিহি করার জন্যে। এই ক্ষেত্রে ক্লিংকারের সাথে জিপসামও নির্দিষ্ট অনুপাতে মশানো হয়।

রাসায়নিক ছক :-

সিমেন্টের জটিল রাসায়নিক চরিত্রের কারনে একটি রাসায়নিক ছক ব্যবহৃত হয় যাতে রাসায়নিক যৌগ গুলো সর্টহন্ডে প্রকাশ করা হয়। ছকটি নিম্নরুপ :-

যৌগের নাম
সুত্র
সর্টহেন্ড রুপ
Calcium oxide (lime)
(ক্যালসিয়াম অক্সাইড (চুন))
Ca0
C
Silicon dioxide (silica)
(সিলিকন ডাই অক্সাইড (সিলিকা)
SiO2
S
Aluminum oxide (alumina)
(এলুমিনিয়াম অক্সাইড (এলুমিনিয়া)
Al2O3
A
Iron oxide  (আয়রন অক্সাইড)
Fe2O3
F
Water  (পানি )
H2O
H
Sulfate (সালফেট)
SO3
S


ক্লিংকারের রাসায়নিক গঠন :-


সিমেন্ট ক্লিংকারের রাসায়নিক গঠন  নিম্নরুপ :-

যৌগের নাম
সুত্র
সর্টহেন্ড রুপ
% ভর1
Tricalcium aluminate
(ট্রাইকেলসিয়াম এলুমিনেট)
Ca3Al2O6
C3A
10
Tetracalcium aluminoferrite
(ট্রাইকেলসিয়াম এলুমিনোফেরিট)
Ca4Al2Fe2O10
C4AF
8
Belite or dicalcium silicate
(বিলাইট বা ডাইকেলসিয়াম সিলিকেট)
Ca2SiO5
C2S
20
Alite or tricalcium silicate
(এলাইট বা ট্রাইকেলসিয়াম সিলিকেট)
Ca3SiO4
C3S
55
Sodium oxide (সোডিয়াম অক্সাইড)
Na2O
N
)Up to 2
Potassium oxide (পটাসিয়াম অক্সাইড)
K2O
K
Gypsum(জিপসাম)
CaSO4.2H2O
CSH2
5
          (গড় ভর মাত্র. প্রকৃত ওজন সিমেন্ট ধরনের সঙ্গে পরিবর্তিত হয়)

 সিমেন্ট যৌগের বৈশিষ্ট্য:-


 নিম্নের যৌগ সমূহ বিভিন্ন উপায়ে সিমেন্ট স্বাভাবিক ধর্ম বা গুন নিয়ন্ত্রনে ভুমিকা রাখে

Tricalcium aluminate, C3A (ট্রাইকেলসিয়াম এলুমিনেট) :-
এটি হাইড্রেসনের(hydration) সময় প্রাথমিক পর্যায়ে অনেক তাপ বিকিরন করে। সিমেন্টের শক্তি সঞ্চয়ের সময় এটি সামান্য ভুমিকা রাখে। জিপসাম C3A-এর হাইড্রেসন(hydration)ধীর গতির করে দেয়। সিমেন্টের মধ্যে C3A পরিমান কম থাকলে তা সালফেটের প্রতিরোধী হয়

Tricalcium silicate, C3S (ট্রাইকেলসিয়াম সিলিকেট) :-
যৌগ দ্রুত জলয়োজন/পানিশূন্য(hydration) হয়। এটা পোর্টল্যান্ড সিমেন্টে প্রাথমিক সেট এবং তাড়াতাড়ি শক্তি লাভে মূল অবদান রাখে।
 
Dicalcium silicate, C2S (ডাইকেলসিয়াম সিলিকেট) :-
 C2S ধীরে ধীরে জলয়োজন/পানিশূন্য(hydration) হয়। এটা মূলত এক সপ্তাহ পরে  সিমেন্টে শক্তি সঞ্চয়ে মূল অবদান রাখে।

Ferrite, C4AF (ফেরাট) :-  
এটি কিলন মিলের ভিতরের কাঁচামালের গলনাঙ্ক তাপমাত্রা কমিয়ে দেয়, (প্রায় ৩০০০ o  ফারেনহাইট থেকে ২৬০০ o ফারেনহাইট) ভাটি  গলে  যা একটি প্রবাহিত এজেন্ট. এটি দ্রুত জলয়োজন/পানিশূন্য (hydration) হয়।  কিন্তু সিমেন্ট শক্তি সঞ্চয়ে তেমন ভুমিকা রাখেনা ।

যথোপযুক্তভাবে এই সব যৌগ মিশিয়ে, নির্মাতারা বিভিন্ন নির্মাণ পরিবেশের অনুসারে বিভিন্ন ধরনের সিমেন্ট উত্পন্ন করতে পারে