ปฏิกิริยาระหว่างปูซีเมนต์กับน้ำ

1. ปฏิกิริยาระหว่างปูซีเมนต์กับน้ำปฏิกิริยาระหว่างปูซีเมนต์กับน้ำ โดย นาย ไพโรจน์ หนูกุล รหัส5210110425 นาย เอกชัย หีตแก้ว รหัส 5210110796

2. ปูนซีเมนต์ มีลักษณะเป็นเนื้อละเอียด สามารถเกิดการก่อตัวและแข็งตัวได้โดยการทำปฏิกิริยากับน้ำ เรียกว่า “ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น”( HydrationReaction ) ทำให้มีคุณสมบัติในการรับแรงได้ ปฏิกิริยาHydration

3. ปฏิกิริยา Hydration(ต่อ) • ปูนซีเมนต์เมื่อผสมกับน้ำ จะก่อให้เกิดซีเมนต์เพสต์ที่อยู่ในสภาพ เหลวและสามารถลื่นไถลได้ช่วงเวลาหนึ่ง โดยจะเรียกช่วงเวลาที่ คุณสมบัติ ของซีเมนต์เพสต์ยังคงไม่มีการเปลี่ยนแปลงนี้ เรียกว่า “Domant Period”หลังจากนั้นซีเมนต์เพสต์จะเริ่มจับตัว (Stiff)

4. ปฏิกิริยา Hydration(ต่อ) ถึงแม้ว่าจะนิ่มอยู่ แต่ก็ไม่สามารถไหลตัวได้อีกแล้ว (Unworkable) จุดนี้จะเป็นจุดที่ เรียกว่า “จุดแข็งตัวเริ่มต้น (Initial Set)”และระยะเวลาตั้งแต่ปูนซีเมนต์ผสมกับน้ำจนถึง จุดนี้ เรียกว่า “เวลาก่อตัวเริ่มต้น (Initial SettingTime)”

5. ปฏิกิริยา Hydration(ต่อ) การก่อตัวของซีเมนต์เพสต์จะยังคงดำเนินต่อไปเรื่อยๆจนถึงจุดที่เป็นของแข็งคงสภาพ(Rigid Solid) ซึ่งจะเรียกว่าจุดแข็งตัวสุดท้าย (Final Set) และเวลาที่ใช้ถึงจุดดังกล่าวเรียกว่า เวลาการก่อตัวสุดท้าย (FinalSettingTime)ซีเมนต์เพสต์จะยังคงแข็งตัวต่อไปจนกระทั่งสามารถรับน้ำหนักได้ กระบวนการทั้งหมดนี้เรียกว่า การก่อตัวและการแข็งตัว (Setting and Hardening)

6. ปฏิกิริยา Hydration(ต่อ) การก่อตัวและการแข็งตัวของปูนซีเมนต์ เกิดจาก ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ขององค์ประกอบของปูนซีเมนต์โดยปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นใน 2 ลักษณะคือ 1. อาศัยสารละลาย ปูนซีมนต์จะละลายในน้ำ ก่อให้เกิดionsในสารละลาย ionsนี้จะผสมกันทำให้เกิดสารประกอบใหม่ขึ้น 2.การเกิดปฏิกิริยาระหว่างของแข็ง ปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยตรงที่ผิว ของของแข็งโดยไม่จำเป็นต้องใช้สารละลายปฏิกิริยาประเภทนี้ เรียกว่า (Solid State Reaction)

7. ปฏิกิริยา Hydration(ต่อ) ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ของปูนซีเมนต์จะเกิดขึ้นทั้งสองลักษณะ โดยช่วงแรกจะอาศัยสารละลาย และในช่วงต่อไปจะเกิดปฏิกิริยาระหว่างของแข็ง ปูนซีเมนต์ประกอบด้วยสารประกอบหลายชนิด เมื่อเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจเกิดปฏิกิริยาต่อไปทำให้แตกต่างจากผลิตภัณฑ์ที่ได้ครั้งแรก ดังนั้นในที่นี้เราจะแยกพิจารณา ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของสารประกอบหลักแต่ละชนิดของปูนซีเมนต์

8. การเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่น

9. แคลเซียมซิลิเกต (C3S, C2S) แคลเซียมซิลิเกตจะทำปฏิกิริยากับน้ำก่อให้เกิดแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)2)ประมาณ 15 - 25 % และสารประกอบแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต Calcium Silicate Hydrate (CSH) ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมประสานและให้ความแข็งแรง ดังสมการ สมกาการของ C3S 2(3CaO.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.2H2O + 3Ca(OH)2 หรือ 2C3S + 6H2OC3S2H + 3 Ca(OH)2

10. แคลเซียมซิลิเกต (C3S, C2S)(ต่อ) ในทันทีที่เกิดปฏิกิริยา (CSH)ที่ได้จะมีลักษณะเป็นวุ้น(gel)ยังไม่แข็งตัวแต่จะค่อยๆแข็งตัวและมีการพัฒนากำลังเชื่อมประสานเพิ่มขึ้น ผลึก C3Sในเม็ดปูนซีเมนต์ โดยใช้เครื่อง Scanning Electron Microscope ขยาย 3,000 เท่า

11. แคลเซียมซิลิเกต (C3S, C2S)(ต่อ) Ca(OH)2ที่ได้จากปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ทำให้ซีเมนต์เพสต์มีคุณสมบัติเป็นด่างอย่างมาก คือมีค่า pH ประมาณ 12.5 ซึ่งจะช่วยป้องกันการเกิดสนิมของเหล็กเสริมได้อย่างดี ซีเมนต์เพสต์ที่แข็งตัวแล้ว

12. แคลเซียมอลูมิเนต (C3A) ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ C3Aจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและได้แคลเซียมอลูมิเนตไฮเดรต และก่อให้เกิดการแข็งตัวอย่างรวดเร็วของซีเมนต์เพสต์ ดังสมการ ต่อไปนี้ 3CaO.Al2O2 + 6H2O 3CaO.Al2O2.H2O หรือC3A + 6H2O 3C3AH6

13. แคลเซียมอลูมิเนต (C3A) (ต่อ) ในกระบวนการผลิตปูนซีเมนต์ จะมีการใส่ยิปซัมเข้าไป เพื่อหน่วงการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ (C3A) ไม่ให้เกิดเร็วเกินไป เพราะเมื่อ (C3A) ทำปฏิกิริยากับไอออนของซัลเฟต จะได้แคลเซียมซัลโฟอลูมิเนตไฮเดรต หรือ เอททริงไกต์(Ettringite)จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดยากขึ้นนั่นเอง

14. แคลเซียมอลูมิโนเฟอร์ไรท์ (C4AF) ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ (C4AF)นี้จะเกิดในช่วงต้นโดย (C4AF) จะทำปฏิกิริยากับยิปซัม และ Ca(OH) 2 ก่อให้เกิดอนุภาคเหมือนเข็มของเอททริงไกต์ (Ettringite)

15. การเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่นการเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชั่น

16. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ 1.แคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต(CSH) CSHมีปริมาณมากที่สุดในส่วนประกอบของซีเมนต์เพส ถึงร้อยละ 50-70โดยปริมาตรและอยู่ในรูปอนุภาคเล็กๆ มีขนาดประมาณเล็กกว่า 1ไมโครเมตรทุกมิติ และมีลักษณะ เป็นผลึกที่หยาบมาก อัตราส่วนของแคลเซียมต่อซิลิเกตใน CSH ไม่คงที่ขึ้นอยู่กับอายุ อุณหภูมิ และปริมาณน้ำที่ใช้ทำปฏิกิริยา

17. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) 2.แคลเซียมไฮดรอกไซด์ ซีเมนต์เพสประกอบด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (CH) ปริมาณร้อยละ 20-25 โดยปริมาตรเป็นผลึกรูปร่างหลายแบบ มีทั้งผลึกเล็กที่มีด้านเท่า ผลึกใหญ่ที่ลักษณะเป็นแผ่น ผลึกแบบยาว (CH) นี้เป็นสารประกอบที่ทำให้ซีเมนต์เพสต์มีความคงทนลดลง และการให้กำลังของ (CH) ยังต่ำกว่า แคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (CSH) อีกด้วย

18. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) 3.แคลเซียมซัลโฟอลูมิเนต แคลเซียมซัลโฟอลูมิเนต มีอยู่ประมาณร้อยละ 10-15 โดย ที่แคลเซียมซัลโฟอลูมิเนตหรือเอททริงไกต์เกิดขึ้นตั้งแต่เริ่มผสม ปูนกับน้ำมีลักษณะเป็นเข็มยาวเกิดขึ้นรอบเม็ดปูนและขยายตัว เข้าในช่องว่างเอททริงไกต์จะพยายามดันส่วนที่ล้อมรอบอยู่ออก ถ้าเกิดเอททริงไกต์ตอนที่ซีเมนต์เพสต์ยังเหลวก็จะไม่มีปํญหา แต่ถ้าเกิดตอนซีเมนต์เพสต์แข็งแล้วก็จะเกิดรอยร้าวได้

19. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) 4.เม็ดปูนที่เหลือจากการทำปฏิกิริยา โดยทั่วไปแล้วเม็ดปูนจะมีขนาดตั้งแต่1 ถึง50ไมโครเมตร และเป็นส่วนน้อยที่มีขนาดใหญ่กว่า50ไมโครเมตรขึ้นไป เม็ดปูนซีเมนต์ขนาดเล็กสามารถทำปฏิกิริยาได้ดีและทำปฏิกิริยาได้หมด ขณะ ที่เม็ดปูนขนาดใหญ่ต้องใช้เวลาในการทำปฏิกิริยาถึงแม้ว่าปฏิกิริยาจะยังคงมีต่อไปและผลิตผลไฮเดรชั่นที่เกิดขึ้นจะขยายเข้าสู่ช่องว่างที่เหลืออยู่แต่เนื่องจากช่องว่างระหว่างอนุภาคมีจำกัดดั้งนั้นเม็ดปูนที่ทำปฏิกิริยาไม่หมดก็ยังคงมีอยู่ในซีเมนต์เพสต์

20. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) 5.ความพรุนของซีเมนต์เจล ซีเมนต์เจลมีความพรุน(Porosity)และประกอบด้วยโพรงเล็กๆตั้งแต่เล็กกว่า0.0005ไมโครเมตรถึง10ไมโครเมตรขึ้นไปและความกว้างของโพรงจะกำหนดพฤติกรรมของน้ำที่อยู่ภายในโพรง โดยทั่วไปสามารถแบ่งโพรงออกเป็น2พวก คือ โพรงของเจล(Gel Pore)และโพรงคาปิลาริ(Capillary Pore)

21. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) • โพรงของเจลมีขนาดเล็กมากขนาด0.0005ถึง0.01ไมโครเมตร ส่วนโพรงคาปิลาริมีขนาดใหญ่กว่าคือประมาณ0.01ถึง10ไมโครเมตร และเป็นส่วนของช่องว่างของน้ำที่เหลือจากการทำปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของปูนซีเมนต์

22. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ)

23. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) • 6.น้ำในซีเมนต์เพสต์ แบ่งออกได้สองจำพวก คือ 1.น้ำที่ระเหยได้ เป็นน้ำส่วนที่ถูกขจัดออกเมื่อนำซีเมนต์เพสต์ไปอบแห้งที่อุณหภูมิ105องศาเซลเซียสรวมถึงน้ำในโพรงคาปิลารี น้ำในโพรงของเจล และน้ำบางส่วนของแคลเซียมซัลโฟอลูมิเนตไฮเดรต

24. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) • 2.น้ำที่ระเหยไม่ได้ เป็นน้ำที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับปูนซีเมนต์กลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของเจล และขจัดออกไปเมื่อ นำซีเมนต์เพสต์ไปเผาที่อุณหภูมิ 1,000องศาเซลเซียส

25. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) • 7.ความถ่วงจำเพาะของเนื้อซีเมนต์เพสต์ น้ำที่ระเหยออกไม่ได้จะทำปฏิกิริยากับปูนซีเมนต์และกลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของเจล ดังนั้นเนื้อซีเมนต์เจลจึงหมายถึง ซีเมนต์เจลที่มีน้ำระเหยออกไม่ได้ จากการทดลองหาน้ำหนักและปริมาตรของเนื้อเจล พบว่าเนื้อซีเมนต์เจลมีความถ่วงจำเพาะ ประมาณ 2.34-2.59

26. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) 8.การยึดเหนี่ยวทางเคมี ซีเมนต์เพสต์ที่แข็งตัวแล้ว มีคุณสมบัติคล้ายวัสดุเซรามิซึ่งมีการยึดเหนี่ยวแบบ ไอออนิกโควาเลนต์เป็นหลัก การยึดเหนี่ยวแบบ แวนเดอร์วาลส์ มีประมาณ หนึ่งในสามเท่านั้น

27. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) 9.ปริมาตรของผลิตผลของไฮเดรชัน ผลิตผลของไฮเดรชั่นประกอบด้วย CSH,CHและเอททริงไกต์เป็นหลัก ซึ่งจะเข้าไปครอบครองช่องว่างที่มีอยู่ เมื่อไม่มีที่ว่างเหลืออยู่การทำปฏิกิริยาไฮเดรชั่นจึงหยุดลง ยกเว้นการเกิดเอททริงไกต์ซึ่งถ้ามีต่อไปจะทำให้เกิดการขยายตัวของซีเมนต์เพสต์

28. โครงสร้างของซีเมนต์เพสต์ (ต่อ) แต่โดยทั่วไปซีเมนต์เพสต์มีไอออนของซัลเฟตอยู่จำนวนจำกัดจึงทำให้เอททริงไกต์ไม่เกิดขึ้นเมื่อซีเมนต์เพสต์แข็งตัวแล้ว ดังนั้น ปริมาตรของผลผลิตไฮเดรชั่นจะเท่ากับปริมาตรเดิมของปูนซีเมนต์และน้ำ อนุภาคของปูนซีเมนต์

29. Thank You ! THE END