প্রাথমিক এট্রিনজাইটের রূপতত্ত্বে সেলুলোজ ইথারের প্রভাব

স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) ব্যবহার করে প্রাথমিক সিমেন্ট স্লারিতে থাকা এট্রিনগাইটের গঠনবিন্যাসের উপর হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইল সেলুলোজ ইথার এবং মিথাইল সেলুলোজ ইথারের প্রভাব নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইল সেলুলোজ ইথার দ্বারা পরিবর্তিত স্লারিতে থাকা এট্রিনগাইট স্ফটিকের দৈর্ঘ্য-ব্যাস অনুপাত সাধারণ স্লারির তুলনায় কম এবং এট্রিনগাইট স্ফটিকের গঠনবিন্যাস খাটো দণ্ডাকৃতির। মিথাইল সেলুলোজ ইথার দ্বারা পরিবর্তিত স্লারিতে থাকা এট্রিনগাইট স্ফটিকের দৈর্ঘ্য-ব্যাস অনুপাত সাধারণ স্লারির তুলনায় বেশি এবং এট্রিনগাইট স্ফটিকের গঠনবিন্যাস সূঁচ-দণ্ডাকৃতির। সাধারণ সিমেন্ট স্লারিতে থাকা এট্রিনগাইট স্ফটিকগুলোর আকৃতি অনুপাত এই দুইয়ের মাঝামাঝি। উপরোক্ত পরীক্ষামূলক গবেষণা থেকে এটি আরও স্পষ্ট যে, দুই ধরনের সেলুলোজ ইথারের আণবিক ওজনের পার্থক্যই এট্রিনগাইটের গঠনবিন্যাসকে প্রভাবিত করার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ নিয়ামক।

মূল শব্দ:এট্রিনজাইট; দৈর্ঘ্য-ব্যাস অনুপাত; মিথাইল সেলুলোজ ইথার; হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইল সেলুলোজ ইথার; গঠনবিন্যাস

এট্রিনজাইট, একটি সামান্য প্রসারিত হাইড্রেশন উৎপাদ হিসেবে, সিমেন্ট কংক্রিটের কার্যকারিতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে এবং এটি সর্বদা সিমেন্ট-ভিত্তিক উপকরণগুলির গবেষণার একটি প্রধান কেন্দ্রবিন্দু। এট্রিনজাইট এক প্রকার ট্রাইসালফাইড টাইপ ক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট হাইড্রেট, এর রাসায়নিক সংকেত হলো [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, অথবা 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O হিসেবেও লেখা যায়, যাকে প্রায়শই AFt নামে সংক্ষেপে প্রকাশ করা হয়। পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট সিস্টেমে, এট্রিনজাইট প্রধানত জিপসামের সাথে অ্যালুমিনেট বা ফেরিক অ্যালুমিনেট খনিজের বিক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত হয়, যা সিমেন্টের হাইড্রেশন বিলম্বিত করতে এবং প্রাথমিক শক্তি বৃদ্ধিতে ভূমিকা পালন করে। এট্রিনজাইটের গঠন এবং রূপ বিভিন্ন কারণ যেমন তাপমাত্রা, pH মান এবং আয়নের ঘনত্ব দ্বারা প্রভাবিত হয়। ১৯৭৬ সালের প্রথম দিকে, মেহতা এবং তার সহকর্মীরা... AFt-এর আকারগত বৈশিষ্ট্য অধ্যয়নের জন্য স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করা হয়েছিল এবং দেখা গেছে যে, যখন বৃদ্ধির স্থান যথেষ্ট বড় ছিল এবং যখন স্থান সীমিত ছিল, তখন এই সামান্য প্রসারিত হাইড্রেশন পণ্যগুলির আকার কিছুটা ভিন্ন ছিল। প্রথমটি ছিল বেশিরভাগই সরু সূঁচ-দণ্ড-আকৃতির গোলক, যখন পরেরটি ছিল বেশিরভাগই ছোট দণ্ড-আকৃতির প্রিজম। ইয়াং ওয়েনিয়ানের গবেষণায় দেখা গেছে যে বিভিন্ন কিউরিং পরিবেশে AFt-এর গঠন ভিন্ন হয়। ভেজা পরিবেশ প্রসারণ-ডোপড কংক্রিটে AFt উৎপাদনকে বিলম্বিত করে এবং কংক্রিটের স্ফীতি ও ফাটলের সম্ভাবনা বাড়িয়ে দেয়। বিভিন্ন পরিবেশ কেবল AFt-এর গঠন এবং অণুসজ্জাকেই প্রভাবিত করে না, বরং এর আয়তন স্থিতিশীলতাকেও প্রভাবিত করে। চেন হাক্সিং এবং অন্যান্যরা দেখেছেন যে C3A-এর পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে AFt-এর দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা হ্রাস পায়। ক্লার্ক এবং মন্টিরো এবং অন্যান্যরা দেখেছেন যে পরিবেশগত চাপ বৃদ্ধির সাথে সাথে AFt স্ফটিক কাঠামো সুশৃঙ্খল অবস্থা থেকে বিশৃঙ্খল অবস্থায় পরিবর্তিত হয়। ব্যালোনিস এবং গ্লাসার AFm এবং AFt-এর ঘনত্বের পরিবর্তন পর্যালোচনা করেছেন। রেনাউডিন এবং অন্যান্যরা দ্রবণে নিমজ্জনের আগে ও পরে AFt-এর কাঠামোগত পরিবর্তন এবং রমন বর্ণালীতে AFt-এর কাঠামোগত পরামিতি নিয়ে অধ্যয়ন করেছেন। কুন্থার ও তাঁর সহযোগীরা এনএমআর (NMR) ব্যবহার করে সিএসএইচ (CSH) জেলের ক্যালসিয়াম-সিলিকন অনুপাত এবং সালফেট আয়নের পারস্পরিক ক্রিয়ার ফলে এএফটি (AFt) স্ফটিকায়ন চাপের উপর প্রভাব নিয়ে গবেষণা করেছেন। একই সময়ে, সিমেন্ট-ভিত্তিক উপকরণে এএফটি-র প্রয়োগের উপর ভিত্তি করে, ওয়েঙ্ক ও তাঁর সহযোগীরা হার্ড সিনক্রোট্রন রেডিয়েশন এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন ফিনিশিং প্রযুক্তির মাধ্যমে কংক্রিটের বিভিন্ন অংশে এএফটি ক্রিস্টালের অভিমুখীকরণ নিয়ে গবেষণা করেছেন। মিশ্র সিমেন্টে এএফটি-র গঠন এবং এট্রিনজাইট গবেষণার মূল কেন্দ্রবিন্দু অন্বেষণ করা হয়েছিল। বিলম্বিত এট্রিনজাইট বিক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে, কিছু গবেষক এএফটি দশার কারণ নিয়ে প্রচুর গবেষণা করেছেন।

এট্রিনজাইট গঠনের কারণে সৃষ্ট আয়তন প্রসারণ কখনও কখনও অনুকূল হয়, এবং এটি সিমেন্ট-ভিত্তিক উপকরণের আয়তন স্থিতিশীলতা বজায় রাখার জন্য ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড প্রসারণ এজেন্টের মতো একটি "প্রসারণকারী" হিসেবে কাজ করতে পারে। পলিমার ইমালশন এবং পুনঃবিচ্ছুরণযোগ্য ইমালশন পাউডারের সংযোজন সিমেন্ট-ভিত্তিক উপকরণের অণুসজ্জার উপর তাদের উল্লেখযোগ্য প্রভাবের কারণে উপকরণের স্থূল বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করে। তবে, পুনঃবিচ্ছুরণযোগ্য ইমালশন পাউডার যা প্রধানত জমাট বাঁধা মর্টারের বন্ধন বৈশিষ্ট্য বৃদ্ধি করে, তার বিপরীতে জলে দ্রবণীয় পলিমার সেলুলোজ ইথার (CE) নতুন মিশ্রিত মর্টারকে ভালো জল ধারণ এবং ঘন করার ক্ষমতা দেয়, যার ফলে এর কার্যক্ষমতা উন্নত হয়। সাধারণত নন-আয়নিক CE ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে রয়েছে মিথাইল সেলুলোজ (MC), হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ (HEC), হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইল সেলুলোজ (HPMC)।হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইল সেলুলোজ (HEMC)ইত্যাদি, এবং সিমেন্ট এট্রিংহাম (CE) নতুন মিশ্রিত মর্টারে ভূমিকা রাখার পাশাপাশি সিমেন্ট স্লারির হাইড্রেশন প্রক্রিয়াকেও প্রভাবিত করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে HEMC হাইড্রেশন উৎপাদ হিসেবে তৈরি হওয়া AFt-এর পরিমাণ পরিবর্তন করে। তবে, AFt-এর আণুবীক্ষণিক গঠনবিন্যাসের উপর CE-এর প্রভাবের কোনো পদ্ধতিগত তুলনা করা হয়নি, তাই এই গবেষণাপত্রটি চিত্র বিশ্লেষণ এবং তুলনার মাধ্যমে প্রাথমিক (১-দিনের) সিমেন্ট স্লারিতে এট্রিংহামের আণুবীক্ষণিক গঠনবিন্যাসের উপর HEMC এবং MC-এর প্রভাবের পার্থক্য অন্বেষণ করে।

১. পরীক্ষা

১.১ কাঁচামাল

পরীক্ষায় সিমেন্ট হিসেবে আনহুই কঞ্চ সিমেন্ট কোং, লিমিটেড দ্বারা উৎপাদিত পি·আইআই ৫২.৫আর পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট নির্বাচন করা হয়েছিল। দুটি সেলুলোজ ইথার হলো যথাক্রমে হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইলসেলুলোজ (এইচইএমসি) এবং মিথাইলসেলুলোজ (এমসি); মিশ্রণের জন্য ব্যবহৃত জল হলো সাধারণ কলের জল।

১.২ পরীক্ষামূলক পদ্ধতি

সিমেন্ট পেস্ট নমুনার পানি-সিমেন্ট অনুপাত ছিল ০.৪ (পানি ও সিমেন্টের ভরের অনুপাত), এবং সেলুলোজ ইথারের পরিমাণ ছিল সিমেন্টের ভরের ১%। নমুনা প্রস্তুতকরণ জিবি১৩৪৬-২০১১ “সিমেন্টের আদর্শ ঘনত্বের পানি খরচ, সেটিং টাইম এবং স্থিতিশীলতা পরীক্ষার পদ্ধতি” অনুসারে করা হয়েছিল। নমুনা তৈরির পর, পৃষ্ঠের পানির বাষ্পীভবন এবং কার্বনাইজেশন রোধ করার জন্য ছাঁচের পৃষ্ঠে প্লাস্টিক ফিল্ম দিয়ে মুড়ে দেওয়া হয় এবং নমুনাটিকে (২০±২)℃ তাপমাত্রা ও (৬০±৫)% আপেক্ষিক আর্দ্রতার একটি কিউরিং রুমে রাখা হয়। ১ দিন পর, ছাঁচটি সরানো হয় এবং নমুনাটি ভাঙা হয়। এরপর মাঝখান থেকে একটি ছোট নমুনা নিয়ে হাইড্রেশন বন্ধ করার জন্য অ্যানহাইড্রাস ইথানলে ভিজিয়ে রাখা হয় এবং পরীক্ষার আগে নমুনাটি বের করে শুকানো হয়। শুকনো নমুনাগুলোকে পরিবাহী দ্বি-পার্শ্বযুক্ত আঠা দিয়ে নমুনা টেবিলে আটকানো হয়েছিল এবং ক্রেসিংটন ১০৮অটো স্বয়ংক্রিয় আয়ন স্পাটারিং যন্ত্রের সাহায্যে এর পৃষ্ঠে সোনার একটি স্তর স্প্রে করা হয়েছিল। স্পাটারিং কারেন্ট ছিল ২০ মিলিঅ্যাম্পিয়ার এবং স্পাটারিং সময় ছিল ৬০ সেকেন্ড। নমুনা অংশে এএফটি-এর গঠনগত বৈশিষ্ট্য পর্যবেক্ষণের জন্য এফইআই কোয়ান্টাফেগ ৬৫০ এনভায়রনমেন্টাল স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ (ইএসইএম) ব্যবহার করা হয়েছিল। এএফটি পর্যবেক্ষণের জন্য উচ্চ ভ্যাকুয়াম সেকেন্ডারি ইলেকট্রন মোড ব্যবহার করা হয়েছিল। ত্বরণ ভোল্টেজ ছিল ১৫ কিলোভোল্ট, বিম স্পট ব্যাস ছিল ৩.০ ন্যানোমিটার এবং ওয়ার্কিং ডিসটেন্স প্রায় ১০ মিলিমিটারে নিয়ন্ত্রণ করা হয়েছিল।

২. ফলাফল ও আলোচনা

জমাটবদ্ধ HEMC-পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারিতে থাকা এট্রিনগাইটের SEM চিত্র থেকে দেখা যায় যে, স্তরযুক্ত Ca(OH)2(CH) এর দিকবিন্যাস বৃদ্ধি সুস্পষ্ট ছিল, এবং AFt-তে ছোট দণ্ডাকৃতির অনিয়মিত জমাট দেখা যায়, এবং কিছু ছোট দণ্ডাকৃতির AFt HEMC ঝিল্লি কাঠামো দ্বারা আবৃত ছিল। ঝাং দংফাং এবং অন্যান্যরাও ESEM-এর মাধ্যমে HEMC-পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারির অণুকাঠামোগত পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করার সময় ছোট দণ্ডাকৃতির AFt খুঁজে পেয়েছিলেন। তারা মনে করেন যে, সাধারণ সিমেন্ট স্লারি জলের সংস্পর্শে আসার পর দ্রুত বিক্রিয়া করে, ফলে AFt স্ফটিক সরু হয়, এবং হাইড্রেশন কাল বৃদ্ধির সাথে সাথে এর দৈর্ঘ্য-ব্যাস অনুপাত ক্রমাগত বৃদ্ধি পায়। তবে, HEMC দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে, দ্রবণে আয়নের বন্ধন হার কমিয়ে দেয় এবং ক্লিঙ্কার কণার পৃষ্ঠে জলের আগমন বিলম্বিত করে, ফলে AFt-এর দৈর্ঘ্য-ব্যাস অনুপাত একটি দুর্বল প্রবণতায় বৃদ্ধি পায় এবং এর রূপগত বৈশিষ্ট্য ছোট দণ্ডাকৃতির আকার প্রদর্শন করে। একই বয়সের সাধারণ সিমেন্ট স্লারিতে থাকা AFt-এর সাথে তুলনা করলে, এই তত্ত্বটি আংশিকভাবে যাচাই করা হয়েছে, কিন্তু এটি MC পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারিতে থাকা AFt-এর আকারগত পরিবর্তন ব্যাখ্যা করার জন্য প্রযোজ্য নয়। ১-দিন ধরে জমাট বাঁধা MC পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারিতে থাকা এট্রিডাইটের SEM চিত্রগুলিতেও স্তরযুক্ত Ca(OH)2-এর বিন্যস্ত বৃদ্ধি দেখা গেছে, কিছু AFt পৃষ্ঠ MC-এর ফিল্ম কাঠামো দ্বারা আবৃত ছিল এবং AFt গুচ্ছাকারে বৃদ্ধির আকারগত বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করেছে। তবে, তুলনামূলকভাবে, MC পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারিতে থাকা AFt ক্রিস্টালের দৈর্ঘ্য-ব্যাস অনুপাত বেশি এবং এর আকার আরও সরু, যা একটি সাধারণ সূঁচের মতো আকার প্রদর্শন করে।

HEMC এবং MC উভয়ই সিমেন্টের প্রাথমিক হাইড্রেশন প্রক্রিয়াকে বিলম্বিত করে এবং দ্রবণের সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে, কিন্তু তাদের দ্বারা সৃষ্ট AFt-এর রূপগত বৈশিষ্ট্যের পার্থক্যগুলো তখনও তাৎপর্যপূর্ণ ছিল। উপরোক্ত ঘটনাগুলোকে সেলুলোজ ইথারের আণবিক গঠন এবং AFt ক্রিস্টাল কাঠামোর দৃষ্টিকোণ থেকে আরও বিশদভাবে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। রেনাউডিন ও তার সহযোগীরা সংশ্লেষিত AFt-কে প্রস্তুতকৃত ক্ষারীয় দ্রবণে ভিজিয়ে “ভেজা AFt” তৈরি করেন এবং এটিকে আংশিকভাবে অপসারণ করে সম্পৃক্ত CaCl2 দ্রবণের (৩৫% আপেক্ষিক আর্দ্রতা) পৃষ্ঠে শুকিয়ে “শুকনো AFt” তৈরি করেন। রমন স্পেকট্রোস্কোপি এবং এক্স-রে পাউডার ডিফ্র্যাকশনের মাধ্যমে কাঠামোগত পরিমার্জন অধ্যয়নের পর দেখা যায় যে, দুটি কাঠামোর মধ্যে কোনো পার্থক্য ছিল না, শুধুমাত্র শুকানোর প্রক্রিয়ায় কোষের ক্রিস্টাল গঠনের দিক পরিবর্তিত হয়েছিল, অর্থাৎ, “ভেজা” থেকে “শুকনো” পরিবেশে পরিবর্তনের প্রক্রিয়ায়, a-এর লম্ব দিক বরাবর গঠিত AFt ক্রিস্টাল কোষের সংখ্যা ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পায়। c-এর লম্ব দিক বরাবর AFt ক্রিস্টালের সংখ্যা ক্রমশ কমতে থাকে। ত্রিমাত্রিক স্থানের সবচেয়ে মৌলিক এককটি a অভিলম্ব রেখা, b অভিলম্ব রেখা এবং c অভিলম্ব রেখা দ্বারা গঠিত, যেগুলো পরস্পরের উপর লম্ব। যখন b অভিলম্বগুলো স্থির রাখা হয়, তখন AFt ক্রিস্টালগুলো a অভিলম্ব বরাবর গুচ্ছবদ্ধ হয়, যার ফলে ab অভিলম্বের তলে কোষের প্রস্থচ্ছেদ বিবর্ধিত হয়। সুতরাং, যদি HEMC, MC-এর চেয়ে বেশি জল "সংরক্ষণ" করে, তবে একটি নির্দিষ্ট স্থানে "শুষ্ক" পরিবেশ তৈরি হতে পারে, যা AFt ক্রিস্টালের পার্শ্বীয় একত্রীকরণ এবং বৃদ্ধিকে উৎসাহিত করে। পাটুরাল ও তার সহকর্মীরা দেখেছেন যে, CE-এর ক্ষেত্রে পলিমারাইজেশনের মাত্রা যত বেশি (বা আণবিক ওজন যত বেশি), CE-এর সান্দ্রতা তত বেশি এবং এর জল ধারণ ক্ষমতাও তত ভালো। HEMC এবং MCS-এর আণবিক গঠন এই অনুমানকে সমর্থন করে, যেখানে হাইড্রোক্সিইথাইল গ্রুপের আণবিক ওজন হাইড্রোজেন গ্রুপের চেয়ে অনেক বেশি।

সাধারণত, দ্রবণ ব্যবস্থায় প্রাসঙ্গিক আয়নগুলো একটি নির্দিষ্ট সম্পৃক্ততায় পৌঁছালেই AFt স্ফটিক গঠিত ও অধঃক্ষিপ্ত হয়। তাই, বিক্রিয়া দ্রবণে আয়নের ঘনত্ব, তাপমাত্রা, pH মান এবং গঠন স্থানের মতো বিষয়গুলো AFt স্ফটিকের গঠনকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে এবং কৃত্রিম সংশ্লেষণের অবস্থার পরিবর্তন AFt স্ফটিকের গঠন পরিবর্তন করতে পারে। অতএব, সাধারণ সিমেন্ট স্লারিতে উভয়ের মধ্যে AFt স্ফটিকের অনুপাত সিমেন্টের প্রাথমিক হাইড্রেশনে জল ব্যবহারের একক কারণের জন্য হতে পারে। তবে, HEMC এবং MC দ্বারা সৃষ্ট AFt স্ফটিকের গঠনের পার্থক্য প্রধানত তাদের বিশেষ জল ধারণ পদ্ধতির কারণে হওয়া উচিত। HEMC এবং MCS তাজা সিমেন্ট স্লারির মাইক্রোজোনের মধ্যে জল পরিবহনের একটি "বদ্ধ চক্র" তৈরি করে, যা একটি "স্বল্প সময়ের" সুযোগ দেয় যখন জল "সহজে প্রবেশ করে এবং সহজে বের হয় না"। তবে, এই সময়কালে, মাইক্রোজোনের ভিতরে এবং কাছাকাছি তরল দশার পরিবেশও পরিবর্তিত হয়। আয়নের ঘনত্ব, pH ইত্যাদির মতো বিষয়গুলো বৃদ্ধির পরিবেশের পরিবর্তনকে AFt স্ফটিকের গঠনগত বৈশিষ্ট্যে আরও প্রতিফলিত করে। জল পরিবহনের এই “বদ্ধ চক্র”টি Pourchez ও অন্যান্যদের দ্বারা বর্ণিত কার্যপ্রণালীর অনুরূপ, যেখানে HPMC জল ধারণে ভূমিকা পালন করে।

৩. উপসংহার

(1) হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইল সেলুলোজ ইথার (HEMC) এবং মিথাইল সেলুলোজ ইথার (MC) যোগ করলে সাধারণ সিমেন্ট স্লারির প্রথম দিকে (১ দিন) এট্রিনগাইটের আকারবিদ্যা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হতে পারে।

(2) HEMC পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারিতে ইট্রিনগাইট ক্রিস্টালের দৈর্ঘ্য এবং ব্যাস কম এবং আকৃতি ছোট দণ্ডাকার; MC পরিবর্তিত সিমেন্ট স্লারিতে ইট্রিনগাইট ক্রিস্টালের দৈর্ঘ্য এবং ব্যাসের অনুপাত বেশি, যা সূঁচ-দণ্ডাকার। সাধারণ সিমেন্ট স্লারিতে ইট্রিনগাইট ক্রিস্টালের আকৃতি এই দুটির মাঝামাঝি থাকে।

(3) ইট্রিনগাইটের গঠনতন্ত্রের উপর দুটি সেলুলোজ ইথারের ভিন্ন প্রভাব মূলত তাদের আণবিক ওজনের পার্থক্যের কারণে হয়ে থাকে।