Цементгүй эрдсэн барьцалдуулах материалын чиг хандлага

Zolo Zolo
2020-02-07
Цементгүй эрдсэн барьцалдуулах материалын чиг хандлага
Барилгын химийн үндсэн зорилго нь барилгын материалын эрдсэн барьцалдуулагчийг модификацид оруулан сайжруулах болон үр ашигтай шинэ материал гарган авахад оршдог. Үүний тулд эдийн засгийн үр ашгийг тооцохын зэрэгцээ механик шинж чанар буюу бүтээцийн шинж чанар, байгаль орчинд үзүүлж буй нөлөө, хэрэглэгчийн эрүүл мэнд, үйлдвэрлэлийн ба ашиглалтын үеийн эрчим хүчний хэрэглээ зэргийг тооцож үздэг.

Алюмосиликатан барьцалдуулагч материалыг томоохон объектын хэмжээнд хэрэглэх тохиолдол цөөн байна. Жишээ нь химийн тэсвэрлэлт сайтай материалыг гарган авахад ашигладаг байна.
 
Материалын SEM-ийн шинжилгээгээр материалын төв хэсэгт аморф фаз бүхий 3 хэмжээст алюмосиликатын гель хэлбэртэй бүтэц байгааг харуулж байна.    

 
Барилгын салбарт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг эрдсэн барьцалдуулагч материалд цемент зүй ёсоор ордог ба энэ нь хүлэмжийн хийн ялгаруулалтанд томоохон хувь нэмрийг оруулдаг. Өөрөөр хэлбэл шатаалтын үед карбонат задран нүүрстөрөгчийн давхар оксид ихээхэн хэмжээгээр ялгарах ба шатаалтын үед өндөр температур шаардагддаг. Жишээлбэл, 1000 кг шохойн чулууг шатаахад 440 кг СО2 ялгаруулдаг. Гэвч цемент нь томоохон бүтээн байгуулалтын ажлаас эхлэн цутгамал бүтээц эдлэл зэрэг барилгын бүхий л хэсэгт ашиглаж буй барилгын материалд чухал үүргийг гүйцэтгэн барилгын химийг тодорхойлогч гол материал нь юм. Өнөө үед бетоны дүүргэгч материалын төрөл зүйлийг өөрчлөх, хослуулах, тусгай зориулалтын нэмэлтүүдийг хэрэглэх зэргээр барилгын материалын шинж чанарыг хүссэн хэмжээгээр өөрчлөх боломжтой  болсон.

Алюмосиликатан барьцалдуулагч материалын найрлага
 

 
Цементгүй барьцалдуулагч материалд гөлтгөнөн барьцалдуулагч, шохойн эсвэл ангидритийн төрлийн барьцалдуулагчид ордог. Сүүлийн жилүүдэд экобүтээгдэхүүний зах зээлийн эрэлт хэрэгцээ ихсэж байгаа нь үйлдвэрлэлийн үед ихээхэн хэмжээний эрчим хүч шаардагддаг материалаас татгалзаж шинэ материал гарган авах чиглэлээр судалгаа, шинжилгээний ажил ихээр хийгдэх гол шалтгаан болжээ.
Эрдсэн барьцалдуулах материалын нэг онцгой салбар нь алюмосиликатан материалууд юм. Гэвч энэ бүлэг материал нь олон жилийн өмнөөс “Геополимер” материал гэсэн нэрийн дор олны танил болсон ч найрлага талаасаа тодорхойлолт талаасаа нэлээд хүндрэлтэй юм.  Материал судлалын талаас бол алюмосиликатан барьцалдуулагч материал гэдэгт шүлтээр идэвхижүүлсэн барьцалдуулагч материал юм. Тэдгээрийн үндсэн найрлага нь шлак, үнс эсвэл идэвхижүүлсэн наанги шавар зэрэгт суурилан гарган авсан цахиурын оксид болон хөнгөнцагааны оксид бөгөөд тэдгээрийг идэвхижүүлэх бодис болох силикатын шүлт эсвэл шүлтийн гидроксидын уусмалаас бүрдэнэ.

Силикатын 5 тетраэдр ба хөнгөнцагааны 2 тетраэдрийн орон зайн байрлалыг дүрсэлсэн байдал
 
Харин барьцалдуулагчийн химийн болон синтезлэн гарган аах тал дээр материал судлалын үндсэн процессуудыг авч үзэх шаардлагатай. Үүнд шилний хими, керамик ба золь-гель процессийн хими төдийгүй гидратацийн сонгодог хэлбэрүүд багтана. Мөн материалын хувьд ч гэсэн хөрш зэргэлдээ материалын ангиудтай давхцал, огтолцлол үүсгэж байгаа нь алюмосиликатуудыг улам бүр сонирхолтой болгож байна.
Өөрөөр хэлбэл тэдгээрийг синтезлэн гарган авахад керамик эсвэл шилний бүтэцтэй ойролцоо гурван хэмжээст, аморф төлөв бүхий мономер ба олигомерүүдээс бүрдсэн полимертэй төстэй холбоос үүсгэдэг. Иймээс синтезлэн гарган авах нөхцөлийг зорилго чиглэлтэйгээр өөрчилснөөр материалын техникийн шинж чанарыг өргөн хүрээнд өөрчлөх боломжтой. Цементийн суурьтай барьцалдуулагч материалтай харьцуулахад үйлдвэрлэн гарган авах технологи, түүхий эдийн найрлага, фазын найрлага үүсэлт болон барьцалдуулагчийн бүтэц ба микробүтцээрээ ялгаатай юм. Алюмосиликатан материалыг барьцалдуулагч болгон ашиглах нь өнөөг хүртэл цөөн хэдэн тохиолдолоор хязгаарлагдаж байсан.
Энэхүү материалын гол давуу тал нь уул уурхайн хаягдал жишээ нь Монгол Улсад бол Эрдэнэтийн уулын баяжуулах үйлдвэрийн хаягдал цагаан тоос, дулааны цахилгаан станцын үнс, шлак, металлургийн үйлдвэрийн хаягдал шлак, уул уурхайн хөрс хуулалтаас гарах шавар, наанги шавар зэргийг ашиглах боломжтой учраас байгалийн гаралтай эрдэс түүхий эдийг хэмнэх, хог хаягдалыг багасгах байгаль орчинд ээлтэй байх зэрэг юм.
 
ХБНГУ-ын хүрэн нүүрсний уурхайн хаягдал шавар
 
Алюмосиликатан барьцалдуулагч материал нь бат бэх өндөртэй, химийн болон дулаан тэсвэрлэлт сайтай зэрэг олон давуу талуудтай юм. Үүний зэрэгцээ цементтэй харьцуулахад хоёрдогч түүхий эд ашигладаг тул түүхий эдийг боловсруулах үеийн СО2-ийн ялгаруулалт багатай. Үйлдвэрлэлийн үеийн эрчим хүчний зарцуулалт нь 80 хувиар буурсан үзүүлэлттэй байна. Өөрөөр хэлбэл цементийн клинкерийг шатаан гарган авахад 1400°С-аас дээш температур шаардлагатай байдаг байхад жишээ нь наанги шавар буюу метакаолинитийг гарган авахад 700°С-ийн температур хэрэгцээтэй ажээ.
Өөрөөр хэлбэл түүхий эдийг идэвхжүүлэх арга нь хэр үр ашигтай ба ухаалаг байхаас шалтгаалан барьцалдуулагч материалыг үйлдвэрлэхэд зарцуулах эрчим хүчний хэрэглээ төдий чинээ бага буюу хүлэмжийн хийн ялгаруулалтыг төдий чинээгээр бууруулна гэсэн үг