সিমেন্টে জিপসাম কেন মেশানো হয়: Flash Set, False Set ও SO₃

সিমেন্ট তৈরির একেবারে শেষ ধাপে, মিলে ক্লিংকারের সঙ্গে সামান্য জিপসাম মেশানো হয়। পরিমাণে অল্প, কিন্তু কাজ বিশাল। জিপসাম না দিলে সিমেন্টে পানি মেশানোর কয়েক মিনিটের মধ্যেই পেস্ট শক্ত হয়ে যেতে পারত।

সমস্যাটা কোথায়?

আগের লেখাগুলোতে দেখেছি, ক্লিংকারের খনিজ C₃A পানির সঙ্গে খুব দ্রুত বিক্রিয়া করে। এর ফলে:

• পেস্ট খুব তাড়াতাড়ি জমে যায়
• অনেক তাপ বেরোয়

এই অতি দ্রুত জমে যাওয়াকে বলে flash set। এ অবস্থায় কংক্রিট মেশানো, বয়ে নেওয়া বা ঢালার কোনো সুযোগ থাকে না।

জিপসাম কী করে?

জিপসাম (calcium sulfate) পানিতে সালফেট আয়ন ছাড়ে। এই আয়ন C₃A-র সঙ্গে বিক্রিয়া করে ettringite তৈরি করে, যা C₃A দানার গায়ে একটি আবরণের মতো জমে। প্রচলিত ব্যাখ্যা অনুযায়ী এই আবরণ C₃A-র দ্রুত বিক্রিয়া কিছুটা আটকে দেয় (প্রকৃত কার্যপদ্ধতি নিয়ে গবেষকদের মধ্যে মতভেদ আছে)।

ফলে পেস্ট কিছু সময় নরম ও কাজের উপযোগী থাকে। এরপর C₃S-এর বিক্রিয়া এসে সিমেন্টকে ধীরে ধীরে শক্ত করে।

সরলীকৃত রূপে (সিমেন্ট সংকেতে) বিক্রিয়াটি এরকম লেখা হয়, যেখানে $\bar{S}$ মানে SO₃:

বিক্রিয়ার প্রকৃত পথ জটিল এবং ধাপে ধাপে ঘটে। Taylor-এর বর্ণনায় প্রায় ২৪ ঘণ্টার মধ্যে জিপসাম ও সালফেট বেশিরভাগ ব্যবহৃত হয়ে যায়, আর ettringite-এর বিক্রিয়া কমে এসে পরে monosulfate (AFm) তৈরি হয়।

ক্যালসিয়াম সালফেটের তিন রূপ

জিপসাম একই রাসায়নিক যৌগের বিভিন্ন রূপে পাওয়া যায়, পানির পরিমাণ অনুযায়ী:

সিমেন্ট মিলের ভেতর গুঁড়ো করার সময় তাপ তৈরি হয়। সেই তাপে জিপসামের কিছু অংশ পানি হারিয়ে hemihydrate হয়ে যেতে পারে। এতে কোন রূপে কতটা সালফেট কত দ্রুত দ্রবীভূত হবে, সেটা বদলে যায়। তাই শুধু মোট SO₃ নয়, কোন রূপে আছে সেটাও কখনো গুরুত্বপূর্ণ।

Flash set আর False set এক নয়

নাম কাছাকাছি, কিন্তু আচরণ আলাদা:

False set-এ আবার ভালো করে মেশালে পেস্ট স্বাভাবিক হয়ে যায়। তাই এটি ততটা বিপজ্জনক নয়, কিন্তু সাইটে বিভ্রান্তি তৈরি করে।

জিপসাম বেশি দিলে কী হয়?

ভাবতে পারেন, বেশি দিলেই তো নিরাপদ। না। অতিরিক্ত সালফেট থাকলে:

• পরবর্তীতে শক্ত কংক্রিটের ভেতরে ettringite তৈরি হয়ে ফুলে ওঠার (expansion) ঝুঁকি বাড়তে পারে
• false set-এর প্রবণতা বাড়তে পারে
• শক্তিও কমতে পারে

এজন্য স্ট্যান্ডার্ডে সিমেন্টের SO₃-এর একটি সর্বোচ্চ সীমা দেওয়া থাকে।

SO₃-এর সর্বোচ্চ সীমা সিমেন্টের ধরন ও শক্তি-ক্লাস অনুযায়ী আলাদা। কয়েকটি উদাহরণ:

• EN 197-1: CEM I, II, IV ও V-এর জন্য SO₃ সর্বোচ্চ ৩.৫% (32.5 N/R ও 42.5 N ক্লাসে) এবং ৪.০% (42.5 R ও 52.5 N/R ক্লাসে)।
• ASTM C150: টাইপ I-এর জন্য ৩.০% (C₃A ৮% বা কম) ও ৩.৫% (C₃A ৮%-এর বেশি); টাইপ II-এর জন্য ৩.০%; টাইপ III-এর জন্য ৩.৫% (C₃A ৮% বা কম) ও ৪.৫% (C₃A ৮%-এর বেশি); টাইপ IV ও V-এর জন্য ২.৩%।
• Taylor-এর বই অনুযায়ী সাধারণ পোর্টল্যান্ড সিমেন্টে SO₃-এর ঊর্ধ্বসীমা সাধারণত ৩.৫%।

উৎস: EN 197-1:2011 (BS কপি) ও BDS EN 197-1:2023 (SO₃ সীমা, Table 4; CEM I, II, IV, V-এর জন্য মিল আছে); ASTM C150/C150M-22 (Table 1); H.F.W. Taylor, Cement Chemistry (২য় সংস্করণ)। পূর্ণ শর্তের জন্য মূল স্ট্যান্ডার্ড দেখুন।

সঠিক পরিমাণ কীভাবে ঠিক হয়?

কোনো একটি বাঁধা সংখ্যা নেই। কারণ প্রতিটি ক্লিংকারে C₃A-র পরিমাণ ও ক্ষারের মাত্রা আলাদা, আর সিমেন্টের ফাইননেসও আলাদা। তাই কারখানায় বিভিন্ন জিপসাম পরিমাণে সিমেন্ট বানিয়ে পরীক্ষা করা হয়:

• সেটিং টাইম
• ২ ও ২৮ দিনের শক্তি
• তাপ নির্গমন

এসব থেকে এমন পরিমাণ বেছে নেওয়া হয়, যেখানে শক্তি সবচেয়ে ভালো আর সমস্যা সবচেয়ে কম। একে বলে optimum SO₃ ঠিক করা। ক্লিংকার বা কয়লার মান বদলালে এটি আবার যাচাই করতে হয়।

জিপসামের উৎস

বেশিরভাগ ক্ষেত্রে প্রাকৃতিক জিপসাম ব্যবহার হয়। কিছু দেশে শিল্পের উপজাত জিপসামও ব্যবহৃত হয়, যেমন বিদ্যুৎকেন্দ্রের flue gas desulfurization (FGD) জিপসাম। উৎস যা-ই হোক, এর বিশুদ্ধতা ও আর্দ্রতা পরীক্ষা করে নেওয়া দরকার।

সারকথা

• জিপসাম C₃A-র অতি দ্রুত বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করে, ettringite আবরণ তৈরি করে
• না দিলে flash set, বেশি দিলে expansion ও false set-এর ঝুঁকি
• Flash set-এ তাপ বেশি ও আবার নরম হয় না, false set-এ তাপ কম ও আবার নরম হয়
• সঠিক পরিমাণ পরীক্ষা করে ঠিক করা হয়, সংখ্যা বাঁধা নয়