Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Цементное тесто нельзя рассматривать как механическую смесь вяжущего с водой. Процессы их взаимодействия, начинающиеся уже при смещении компонентов, приводят к перераспределению воды в этой системе и возникновению сложных форм ее связи с цементирующими новообразованиями. Воду в цементном тесте и камне разделяют иа химически связанную; адсорбционно связанную; воду, связанную капиллярными силами, и воду свободную.

Под химически связанной подразумевают воду, содержащуюся в стехиометрических соотношениях в таких соединениях, как Са(ОН)2, Mg(OH)2, и различных кристаллогидратах (CaS04-2H20, ЗСаО-А12Оз-6Н20 и др.). В первых соединениях вода, связанная основными валентностями, удаляется только при относительно высоких температурах (300—500 °С). В кристаллогидратах вода связана менее прочно побочными валентностями. Для удаления ее из одних кристаллогидратов требуется нагревать их до 200—300 °С и выше, другие кристаллогидраты начинают заметно разлагаться уже при 50— 60 °С, например двуводный гипс и некоторые гидросиликаты кальция.

Адсорбционно связанная вода, как показывает само название, удерживается иа поверхности частичек твердой фазы цементного камня ненасыщенными ван-дер-вааль-совыми силами атомов и ионов, расположенных на этих поверхностях. Адсорбционные связи менее прочны, чем химические, обусловленные главными валентностями, что позволяет удалять адсорбированную воду из цементного камня высушиванием его при 105—110°С. В кристаллогидратах вода может быть связана в виде ионов ОН- или молекул, удерживаемых в кристаллической решетке координационными связями.

При адсорбции вода размещается на поверхности цементирующих новообразований в виде слоев толщиной 2—3 молекулы, приобретая свойства псевдотвердого вещества. Свойства воды, адсорбционно связанной в сольватных оболочках, изменяются мало.

Осторожное нагревание при 100—110 °С может способствовать непрерывному удалению из некоторых гидросиликатов цеолитной воды, молекулы которой размещаются в полостях и каналах элементарных ячеек кристаллической решетки, не разрушая ее. Такая вода подобна адсорбционно связанной.

В узких капиллярах цементного камня диаметром меньше 20—40 мкм вода удерживается капиллярными силами, которые тем больше, чем меньше диаметр капилляра. При смачивании    стенок   капилляров цементного камня водой (вогнутый мениск) давление жидкости уменьшается, что приводит к возникновению сжимающих усилий в стенках капилляров. При смачивании водой капилляров с радиусом ЬЮ-4 мкм капиллярное давление может достигать 15 МПа. Важно также отметить, что давление, возникающее при удалении жидкости из капилляров, например при сушке, может в три раза превосходить давление при их водонасыщении.

Сквозные капилляры диаметром меньше 0,2 мкм могут заполняться водой вследствие сорбции и конденсации в них паров воды (толщина водяной пленки из поверхности капилляра около 0,1 мкм). Капилляры диаметром более 0,2 мкм не заполняются путем сорбции паров воды; они могут заполняться только при непосредственном соприкосновении с водой в жидком состоянии.

Вода из капилляров цементного камня удаляется в процессе его сушки при 100—105 °С и более. Процесс испарения воды из тонких капилляров при обычных температурах находится в прямой зависимости от их радиуса и относительной влажности воздуха. В частности, испарение воды из капилляров радиусом 0,1 мкм происходит лишь при относительной влажности воздуха 99 % и ниже; при радиусе ЬЮ-4 мкм — 89,9 %; Ы0"5мкм— .34,8 %. При более высокой относительной влажности наступает обратное явление, т. е. пары конденсируются в капиллярах соответствующего радиуса, заполняя его водой. Поэтому цементный камень, а следовательно, и бетон в различных конструкциях, находящихся в воздушной среде, подвержены непрерывным изменениям влажности, обусловленным колебаниями влажности и температуры воздуха. Эти изменения связаны с усадкой и набуханием цементного камня, оказывающими большое влияние на его строительные свойства.

Свободная вода, заполняющая крупные пустоты цементного камня, удерживается в них механически, за исключением нескольких молекулярных слоев, расположенных у поверхностей твердой фазы и связанных ад-сорбцнонно. Свободная вода легко удаляется из пор и полостей отжатием, центрифугированием, высушиванием и т. п.

При температурах ниже 0°С вода в порах и капиллярах в зависимости от их размеров ведет себя по-разному. В крупных пустотах она переходит в лед при 0 °С или чуть ниже вследствие   наличия в ней растворенных веществ. Затем она начинает постепенно замерзать в капиллярах вначале в более крупных и, наконец, в наиболее тонких при достаточно низких температурах (около —25 °С). Для воды в гелевых порах характерно псевдотвердое состояние. При этих температурах она, по-видимому, не претерпевает существенных изменений.