Водоудерживающая (адсорбционная) способность цемента

Влага, адсорбированная из окружающего воздуха на поверхности цементных частиц, называется гигро­скопической, а наибольшее количество ее, поглощенное из воздуха при относительной влажности его, близкой к 0,94 (по аналогии с другими дисперсными система­ми), соответствует максимальной гигроскопичности цемента.

Наиболее обоснованной теорией адсорбции паров влаги является теория Лангмюра, согласно которой молекулы воды, ударяющиеся о поверхность твердого тела, удерживаются на ней под влиянием сил адсорбции. Тенденция паров сгущаться на поверхности твердого тела представляет собой общее явление, связанное с дипольным строением молекул воды. Удержанные по­верхностью частиц цемента молекулы воды могут снова испариться, причем скорость их испарения будет зави­сеть от поверхностных сил и, если они велики, испаре­ние происходит медленно, в результате чего твердые частицы покрываются слоем адсорбированных молекул. Молекулы воды, притянутые ранее адсорбированными молекулами, находящиеся на большем расстоянии от поверхности, удерживаются с меньшей силой, поэтому вода испаряется значительно быстрее. При влажности, соответствующей максимальной гигроскопичности це­мента, на поверхности его частиц образуется мономоле­кулярный слой адсорбированной влаги и с увеличением относительной влажности воздуха мономолекулярный слой превращается в полимолекулярную водную обо­лочку.

Цемент, содержащий гигроскопическую влагу, при дальнейшем увлажнении способен связать на своей по­верхности еще некоторое количество воды. Эта «рыхло - связанная» вода образуется уже при адсорбции на частицах цемента влаги при конденсации пара. По сво­им параметрам рыхлосвязанная вода диффузионного слоя значительно меньше отличается от обычной воды, чем прочносвязанная (адсорбционная), и тем не менее она существенно влияет на свойства системы це - мент+вода.

Портландцементы, влажность которых не превышает величины максимальной гигроскопичности (порядка 2,5—5% массы цемента), следует относить к категории коллоидгидратов, считая, что диполи гигроскопической влаги, связанные с поверхностным слоем частицы, ус­тойчиво ориентируются в кристаллической решетке и входят в соединение с ее поверхностными ионами. Ес­ли диполи воды ориентированы в поверхностном слое кристаллической решетки цементных минералов, то расстояния между поверхностными ионами практичес­ки не изменяются.

Наличие гигроскопической влаги в частицах цемен­та (обусловленное гигрометрическим равновесием вла­ги в цементе и окружающей среде) сказывается глав­ным образом на снижении активности цемента еще до применения его в бетонах. На структурообразование цементного геля эта влага практически заметного вли­яния не оказывает.

При непосредственном контакте сухого цемента с водой (в стадии приготовления пластичной массы или суспензии) также происходит связывание воды, внут­ренние слои которой с большей силой удерживаются поверхностью цементных частиц, поэтому адсорбиро­ванная на твердых частицах вода не представляет со­бой однородную жидкость; прочность связи отдельных слоев ее минералами цемента различна, и слои жид­кой фазы, находящиеся на различном расстоянии от поверхности, неоднородны по химическому составу и неравноценны по физическим свойствам.

Главнейшими из сил, определяющих энергию ад­сорбции цемента, являются электростатические силы взаимодействия между ионами поверхности частиц и диполями воды. Эти силы имеют незначительный ра - диус'действия, не превышающий нескольких ангстремов. На расстояниях от поверхности частиц более диаметра молекул воды силы взаимодействия дополняются поля­ризационными или дисперсионными ван-дер-ваальсо- выми силами, обусловленными «мгновенными диполя­ми», возникающими благодаря движению электронов в молекуле.

Эти силы имеют большой радиус действия, дости­гающий нескольких молекулярных диаметров. Адсор­бция воды минеральными частицами зависит также от сил притяжения, действующих между адсорбирован­ными и свободными молекулами воды, так как адсор­бированная молекула принимает ориентированное поло­жение, притягиваясь к точке сорбции (активному цен­тру) своим положительным или отрицательным концом: поверхность первого слоя дипольных молекул может адсорбировать второй слой, второй—третий и т. д. Развивающиеся при этом силы могут достигать зна­чительной величины.

На поверхности твердой фазы появляется слой ио­нов, прочно скрепленных с массой частиц. За этим слоем ионов в жидкости расположен следующий проти­воположно заряженный и прочно связанный электро­статическими силами с первым слоем ионов. Таким образом, возникает двойной электрический слой Гель - мгольца. Однако второй слой не компенсирует всех отрицательных зарядов поверхности цементной части­цы, поэтому в жидкости на некотором расстоянии от поверхности раздела появляются заряды с таким же знаком, как и заряды второго слоя, которые уже менее прочно связаны со слоем зарядов на поверхности час­тицы и обладают некоторой подвижностью, всевозраста­ющей по мере удаления от этой поверхности. Такие заряды (ионы) образуют вокруг частиц диффузный слой, толщина которого может изменяться в зависи­мости от физико-химических свойств среды.

Полярные молекулы, попадая в электрическое поле поверхности частиц, ориентируются определенным об­разом; группируясь вокруг ионов диффузного слоя, они образуют гидратные оболочки и вследствие высокой полярности молекул водные оболочки диффузного слоя достигают значительной толщины.

Результаты исследований свойств связанной воды и ее влияния на передвижение влаги в почве показали [78], что связанная вода может передвигаться в почве от частицы к частице лишь в том случае, когда количе­ство ее будет не ниже максимальной гигроскопичности. При влажности, превышающей указанный предел, пе­редвижение влаги происходит под действием молеку­лярных сил. Однако вода, содержащаяся в твердой фазе в количествах, превышающих максимальную сма­чиваемость зерен, уже не удерживается ими и выпадает под влиянием силы тяжести.

Количество влаги (адсорбционной и рыхлосвязан - ной), которое удерживается в почве силами молеку­лярного притяжения, характеризует максимальную мо­лекулярную влагоемкость. Многократная проверка методов определения максимальной молекулярной влагоемкости грунтов показала, что она не стабильна, так как зависит от состава адсорбированных ионов, интенсивности механического воздействия, применяе­мого при определении значений максимальной моле­кулярной влагоемкости, и других факторов. Грунт, влажность которого соответствует величине макси­мальной молекулярной влагоемкости, сравнительно лег­ко отделяет воду под давлением. С возрастанием ее величины диффузная часть пленочной воды переходит в свободную и может быть отжата.

Коль скоро величина максимальной молекулярной влагоемкости включает в себя всю связанную воду (удерживаемую твердой фазой поверхностными сила­ми и содержащуюся в структурных ячейках между сольватированными частицами), физически обоснован­нее характеризовать ее предельной водоудерживаю - щей способностью дисперсной системы. Как показано [4], предельная водоудерживающая способность це­ментного геля связана корреляционно с рядом физичес­ких и физико-химических свойств цемента; она может изменяться в широких пределах в зависимости от ми­нералогического состава и дисперсности цементов, ко­личества и вида введенных добавок, а также способа и интенсивности внешнего механического воздействия на цементный гель.

Предельную водоудерживающую способность це­ментного геля Кп можно определить по водоцементно - му отношению, соответствующему некоторой оптималь­ной величине Кош пользуясь следующей зависимостью

Кп = ХКоп. 0.3)

Под Кои будем подразумевать такое количество адсорбционно связанной воды, при которой практически достигается относительно полное обводнение частиц цемента и агрегатов из них, в процессе вытеснения молекул газов с их поверхности; Х—В/Ц: Кн. г; Кн. г—В/Ц Цементного геля нормальной густоты.

Разогретые при размоле клинкерные частицы це­мента охлаждаясь адсорбируют на своей поверхности молекулы 02, N2 В небольшом количестве С02, а также молекулы воды при конденсации пара, и облекаются в газовые оболочки. При взаимодействии с водой по мере увеличения ее количества молекулы газов вытес­няются, так как дипольный момент Н20 больше соот­ветствующего момента О2, N2, С02 и т. д. Этому про­цессу препятствует шероховатость частиц и сама дис­персность системы, в связи с чем пузырьки вытесняемых газов (воздуха) застревают на отдельных участках по­верхности частиц и в порах. Перемешивание смеси с во­дой (особенно при сочетании с вакуумированием) уско­ряет выделение освободившегося воздуха. В результате частицы цемента покрываются водными оболочками, ко­торые удерживаются на них дисперсионными силами и силами поляризации.

Кинетику адсорбции воды на поверхности цементных частиц можно проследить по изменению коэффициента внутреннего трения /г и модуля контактной упругости Кк сиотемы цемент+вода, определившихся в лабораторных условиях. Для этой цели были использованы прибор, ос­нованный на принципе принудительного сдвига по конеч­ной плоскости при одноосном сдвиге [5], и стандартные приборы УКБ-1, УКБ-2, ДУК-20, предназначенные для измерения акустических показателей бетона по скорости прохождения продольной и поперечной ультразвуковых волн. Для этих определений использовали пьезопреобра - зователи с собственной частотой 40 кГц [6]. Пьезопре- образователи одновременно измеряли скорости продоль­ной CL и поперечной С волн без изменения контакта между датчиками и средой.

При испытании цементного геля на сдвиг величину силы сцепления (предельное напряжение сдвига то) и ко­эффициент внутреннего трения /г находили из опытов при различной величине вертикальной (нормальной) на­грузки по формуле Кулона, полагая, что первоначальное сопротивление (напряжение) сдвигу С (по Кулону) со­ответствует его предельному сопротивлению то (по Бин - гаму). Тогда полное сопротивление (напряжение) сдви­гу цементного геля т будет выражаться суммой

Т = т0 + /га. (1.4)

Уравнение (1.4) изображают прямой, пересекающей ось ординат на расстоянии т0 от начала координат, что поз­воляет определять графически величины fF и то.

Скорость распространения ультразвуковой продоль­ной волны изменяется нелинейно в зависимости от кон­центрации твердой фазы в цементном геле и отражает состояние структурных связей между сольватированны - ми частицами или флокулами (агрегатами частиц) це­мента. Упругость цементного геля в диапазоне значений водоцементных отношений, не превышающих значений Кои можно определить по обсчету модели трехфазной среды (твердая, жидкая, газообразная) при отсутствии взаимного смещения ее составляющих. В этом случае скорость распространения ультразвуковой волны описы­вается зависимостью [6]:

С2 = *С + К» , (1.5)

Т1 р! + т2р2 + т3р3

Где Кс — модуль объемной упругости среды в ненагруженном со­стоянии; Кк — контактная упругость, зависящая от внешнего давле­ния; Рг> Rrii (t= 1,2,3) — соответственно плотность и объемное содер­жание твердой, жидкой и газообразной фаз.

Для цементного геля Кк можно вычислить по фор­муле

TOC o "1-3" h z К °>608 Г Р + Рэ 6

2(1+6)Cos0 у '

Ei £2 /

Где Р — внешнее давление; Рэ — сила взаимодействия частиц; cos 6 — параметр упаковки твердой фазы; 26 — величина раздвижки частиц сольватными слоями воды; Еи Е2 — соответственно, коэф­фициент Пуассона и модуль Юнга частиц цемента и сольватного слоя; г — радиус частиц.

Результаты экспериментального определения значе­ний коэффициента внутреннего трения и модуля кон­тактной упругости цементного геля в зависимости от Х=В/Ц : /Сн. г (где /Сн. г — водоцементное отношение це­ментного геля нормальной густоты) приведены на рис. 1.11.

Кривые на рис. 1.11, а, б показывают, что зависимо­сти /г и Кк от X имеют сложный вид и характеризуются экстремальными точками а, 6, с, Dy Е, G. По этим кривым можно заключить, что адсорбция воды на поверхности частиц цемента идет вначале активно до Х=0,33 (точ­ка а), затем она замедляется до Х=0,6 (точка Ъ) из-за сопротивления, оказываемого защемленным воздухом. С увеличением количества воды затворения вытеснение воздуха ускоряется и частицы облекаются водными обо­лочками определенной толщины. Этот процесс при Х=0,876 (точка d) стабилизируется. При утолщении водных оболочек и раздвижке частиц твердой фазы ко­эффициент внутреннего трения и контактный модуль
упругости убывают до своих наименьших предельных значений, достигаемых при Х=1,65 (точка g).

Из приведенного следует, что упругость контактов при данном внешнем давлении зависит от силы взаимо­действия между частицами, плотности их упаковки, раз­меров частиц твердой фазы и толщины сольватных обо­лочек, а также упругих свойств частиц и их сольватных слоев.

Таким образом, оптимальное относительное водосо - держание цементного геля Коп может быть для различ­ных видов цемента установлено по Х=0,876, если Х—1, что соответствует водоцементному отношению цементно­го геля нормальной густоты, определяемого по юстиро­ванному методу. В таком случае можем написать

К0п = 0,876Кн. Г' (1.7)

Консистенция цементного геля нормальной густоты, несмотря на некоторую условность пенетрометри - а' f d

Водоудерживающая (адсорбционная) способность цемента

Кк, МПа

Водоудерживающая (адсорбционная) способность цемента

Рис. 1.11. Изменение.

А — коэффициент внутреннего трения /г ; б — модуля контактной упругости Кк в зависимости от X

Ческого метода, характе­ризуется достаточно ста­бильными физическими параметрами (свойства­ми). При содержании во­ды, соответствующем Дн. г, под влиянием легких встряхиваний создаются условия для формирова­ния прочносвязанной структуры цементного ге­ля с плотной пространст­венной упаковкой обвод­ненных частиц твердой фазы. Такой структуре соответствует: предель­ное напряжение сдвига (прочность структурных связей при одноплоскост- ном сдвиге) то=265 Па, коэффициенты вязкости [хв=90 П и внутреннего трения /г= 1,27.

49

В такой же мере ска­занное относится и к кон-

4—634
Систенции, которая достигается при Коп. Однако в этом случае связанное состояние системы цемент+вода, со­стоящей из отдельных цементных агрегатов (комков), достигается при механических воздействиях, способству­ющих образованию сплошной среды. Для достижения такой структуры необходима высокочастотная вибра­ция порядка 100 Гц и более, при которой не происхо­дят упругое соударение и отскок отдельных цементных комков в поверхностном слое под влиянием колебатель­ных импульсов.

В отличие от консистенции нормальной густоты, це­ментный гель при Коп не содержит в ячейках между об­водненными частицами цемента капиллярной влаги, ока­зывающей расклинивающее действие и снижающей по­этому структурную прочность системы цемент+вода.

ТАБЛИЦА 1.3. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА (НАЛИЧИЯ ДОБАВОК) И ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТА НА КопИ К„

£

Минералогический состав, %

Параметры

Цемент

Удельная

Поверхнос

См2/г

С3А

C*AF

C3s

CsS

Про­чие

Кн-г

Коа

Портландский

3400

6

12,5

59

22

0,5

0,242

0,212

Портландский

2300

6,3

12,2

59,5

21,5

0,22

0, 193

Шлакопортланд-

2700

0,264

0,232

Ский: (гранулиро­

Ванного шлака

60% клинкера

40%)

Быстротвердею-

2500

5,45

13,15

59

20,5

1,8

0,236

0,207

Щий

Портландский

2300

5,5

11,5

60

21

2

0,225

0,197

Пуццолановый

3250

6,6

13,5

52,5

22,4

5

0,285

0,246

Портландцемент

(34% трепела)

20

Пуццолановый

3100

4,5

45,5

25

5

0,2725

0,24

Портландцемент

(28% трепела)

Шлакопортланд-

2900

3

9

58

27

3

0,27

0,237

Ский

ОБТЦ

5270

7,35

10,7

60,68

19,64

1,63

0,337

0,296

Портландский

2950

6,3

15,7

59,7

16,3

2

0,2525

0,222

»

2950

5,8

9,2 9,2

62

21,5

1,8

0,262

0,232

»

3720

5,8

62

21,5

1,8

0,30

0,264

»

4600

5,8

9,2

62

21,5

1,8

0,33

0,29

»

6150

5,8

9,2

62

21,5

1,8

0,40

0,35

При Л=0,876 цементный гель характеризуется парамет­рами: то=Ю40 Па, |IB=200 Пз и /г, близком к 2. Опти­мальная влажность Коп, как и нормальная — Кн. г, для каждого вида цемента зависит от его минералогического состава и дисперсности, а также наличия различных до­бавок, вводимых в зависимости от технологических и технических причин (табл. 1.3).

Способность цементного геля удерживать определен­ный объем воды определяется интенсивностью сил вза­имодействия между частицами; чем плотнее они упако­ваны, тоньше водные оболочки, тем меньше структурные ячейки между сольватированными частицами цемента и прочнее удерживается в них вода. Если частицы раздви­нуть так, что они уже не способны взаимодействовать одна с другой, то связность структуры нарушается, и це­ментный гель начинает отслаивать воду. Разобщенные частицы и целые агрегаты из них (флокулы), находясь вначале во взвешенном состоянии, постепенно выпадают в виде осадка, вытесняя воду, слой которой над осадком тем толще, чем больше воды затворения (сверх опти­мального количества) содержалось в цементном геле. Как это следует из табл. 1.3, по абсолютной величине во - доудерживающая способность цементного геля возрастает с увеличением оптимальной влажности (водопотреб - ности) цемента Коп, которая косвенно может быть оце­нена по нормальному влагосодержанию — Кн. г. Пре­дельное значение Кпр, характеризующее водоудерживаю - щую способность или влагоемкость цементного геля (в состоянии покоя), для различных видов цемента мо­жет быть выражена следующими корреляционными за­висимостями:

1,65

КПр=1,65Кн. г. или Кпр = 5-^Коп = 1,87Коп. (1.8)

Подобная зависимость между нормальной формовоч­ной (в нашем случае Кпр) и оптимальной влажностью для большинства глин выражается через коэффициент перерасчета, равный 1,7—1,75, а для гидрослюд, монт­мориллонита и каолина — 1,85—2.

51

Приведенные выше критерии связности цементного геля Коп и Кпр, которые в свою очередь определяют пре­делы его пластичности и вязкости, были впервые уста­новлены в работе [4] и затем подтверждены рядом ис­следователей. Наиболее значительный интерес в этом

4*
Отношении представляют результаты определения кри­териальных значений влагосодержания по магнитному последействию цементного геля [109, 110].

Показано, что явление последействия обусловлено запаздывающим восстановлением равновесия системы цемент+вода, которое было нарушено напряженностью магнитного поля. Такое восстановление происходит бла­годаря релаксационным процессам, прекращающимся при фазовых превращениях, т. е. при изменениях напря­женности внутреннего силового поля в системе це­мент+вода.

Если обозначить через к установившееся показание магнитной восприимчивости, через Ах — прирост этой ве­личины во времени, тогда коэффициент магнитного пос­ледействия[3] может быть выражен отношением

Км. п = (Дх)/х.

Для определенного минералогического состава цемента и данной концентрации цементного геля вычисленное значение коэффициента Км. п на каждой стадии форми­рования его структуры является величиной постоянной. Максимальное значение магнитного последействия сов­падает с максимумом удельной магнитной восприимчи­вости, достигаемой при Х=. При ^=0,76 и Х=1,65 яв­ление последействия отсутствует и Дк/х=0 (рис. 1.12).

Из этих данных следует, что значения Кпр, получен­ные для различных цементов, полностью совпадают с ранее установленной величиной Х=1,65. Вместе с тем нижнее значение X, соответствующее (Ах) /и=0, опреде­лено равным 0,76. В этой связи следует заметить, что по последней цифре можно достаточно объективно оцени­вать определенную стадию образования сольватных обо­лочек вокруг частиц цемента, однако при этом влагосо - держании большая часть сил внутреннего притяжения частиц экранирована газовыми оболочками, в связи с чем требуются значительные внешние нагрузки (давле­ния) для приведения неполностью обводненных частиц цемента во взаимодействие.

При поляризации в магнитном поле отдельные обла­сти системы цемент+вода сразу ориентируются по на­правлению силового поля. В цементном геле при Х=0,76
не все частицы твердой фазы имеют вполне развитые водные оболочки, что облегчает поляризацию системы: она происходит мгновенно и соответствует намагничен­ности

Для цементного геля нормальной густоты величина магнитного последействия и времени релаксации дости-

А)

V**/* Q

Водоудерживающая (адсорбционная) способность цемента

0 0,1 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 X

Водоудерживающая (адсорбционная) способность цемента

0,50,6 0J 0,8 0,9 1,0 1,1 1,1 1,3 Ifi 1,5 1,6 1,1 1,8 X

Рис. 1.12. Значения Коп и Кп, определенные по изменению: а — коэф­фициента магнитного последействия Ки. и б— удельной магнитной восприимчивости к цементного геля:

I и II — портландцементы Кричевского и Волковысского заводов соответствен­но; III — сульфатостойкий цемент Себряковского завода

140 130 120 110 WO 90 80 10 60 50 40 30 20

0}15 0,13 0,11 OfiQ 0,07 0р5 0,03 0,01
Гает максимального значе­ния, так как при Х= соль - ватированная твердая фаза наиболее плотно упакова­на, а поэтому требуется значительный промежуток времени для преодоления сил взаимодействия между ними и установления ново­го энергетического состоя­ния при поляризации це­ментного геля в магнитном поле. С увеличением водо - содержания время релакса­ции и коэффициент магнит­ного последействия умень­шаются вследствие наличия в цементном геле свободной воды.

При ^"^1,65 явление магнитного последействия и релаксации проявляется также мгновенно (как и при Х=0,76), поскольку в этом случае сольватированные частицы не в состоянии взаимодействовать друг с дру­гом, так как они разобщены. Такая система неустойчива, седиментирует с водоотделением, в ней происходит пере­нос вещества с относительной скоростью, пропорциональ­ной гравитационному ускорению, поэтому в разбавлен­ном геле (суспензии) последействие отсутствует и время релаксации равно нулю, т. е. новое магнитное состояние системы устанавливается мгновенно. Через 45 мин в це­ментном геле (при Х=1,65) и по истечении 65 мин в сус­пензиях (при Х=1,8) завершаются седиментационные процессы, ведущие к образованию осадка, и частицы на­чинают взаимодействовать друг с другом. С этого мо­мента явления релаксации и магнитной восприимчивости протекают так же, как и в связанной системе, т. е. в це­ментном геле при X в пределах 0,876—1,65.

Водоудерживающая (адсорбционная) способность цемента

16 18 20 22 Zh 28 28 30 Ъ1 В/Ц

Рис. 1.13. Изменение связности цементного геля в зависимости от его электросопротивления

1, 2, 3 при Х=1; 1,3 и 1,65 соответ­ственно

То, что значение Х=0,76 не характеризует оптималь­ное влагосодержание цементного геля, следует из ре­зультатов исследований водопотребности цементов по из­менению электрического сопротивления цементного геля при различных значениях В/Ц [111]. Установлено, что на кривых электросопротивления (рис. 1.13) вырисовы­ваются две сингулярные точки; первая совпадает со зна­
чениями оптимальной влажности Коп, а вторая — с нор­мальной влажностью Кн. г, определяемой по ГОСТ 310—60. Четкость фиксации по изменению электросопро­тивления характерных значений влагосодержания це­ментного геля зависит от минералогического состава це­мента, существенно влияющего на степень ослабления поляризационной плотности электрического тока. Третья сингулярная точка, соответствующая Кпр, на кривых электросопротивления не отмечается вовсе, так как из­быток жидкой фазы разобщает токопроводящие мостики в цементном геле.

Водоудерживающая способность цементного геля, со­ответствующая Кпр=1,65 Кн. г, не является в общем слу­чае его физической константой, так как в зависимости от характера механического воздействия на цементный гель количество удерживаемой им воды может возрасти илк уменьшиться.

Известно, что наравне с относительно крупными час­тицами в цементном порошке содержатся коллоидные фракции, энергетическое состояние которых определяет­ся избытком свободной поверхностной энергии. Укрупне­ние (агрегирование) таких частиц происходит самопро­извольно, обусловливая уменьшение свободной энергии Fс, зависящей от поверхностного натяжения ап диспер­сионной среды (воды). Основной вклад в изменение сво­бодной энергии частиц с удельной поверхностью S вно­сят находящиеся в межфазовой поверхности атомы (ио­ны), что может быть выражено в виде dFc=audS.

В соответствии с этим коллоидные частицы термоди­намически неустойчивы и их временная стабильность обусловлена наличием энергетического барьера, препят­ствующего сближению и агрегированию частиц на срав­нительно малых расстояниях одна от другой (флокуля - ция).

Устойчивость к флокуляции определяется условием, чтобы силы отталкивания, обусловленные перекрытием диффузного двойного электрического слоя из противоио - нов вокруг частиц, превышали на определенном расстоя­нии силы молекулярного притяжения. Это условие в «су­хом цементе» не соблюдается, так как диффузная часть двойного электрического слоя при отсутствии жидкой (дисперсионной) среды не образуется. В связи с этим при слеживании цемента в силосах в контактах между мельчайшими частицами проявляются слабодействую­щие молекулярные силы притяжения, способствующие возникновению отдельных флокул различного размера (комкование).

При затворении цемента водой в процессе перемеши­вания мелкие флокулы не дезагрегируются, а более круп­ные распадаются на отдельные микрообъемы, поэто­му независимо от концентрации твердой фазы цемент­ный гель следует рассматривать как неоднородную дис­персионную систему, состоящую из микроагрегатов и от­дельных частиц, связанных. силами Ван-дер-Ваальса. Такое объединение различных по крупности микроагре­гатов (разделенных тонкими прослойками дисперсион­ной среды) приводит к образованию коагуляционной структуры. При разрушении связей между твердыми микрообъектами, сопровождающемся кратковременным нарушением сплошности дфиффузных слоев дисперси­онной среды, происходит дефлокуляция (пептизация) во всем объеме цементного геля и создаются условия для обводнения дезагрегированных частиц и возникно­вения нового энергетического состояния. В этом случае относительная стабильность цементных частиц обуслов­ливается защитными свойствами образующихся диф­фузных двойных электрических слоев из противоионов. В этой связи следует особо отметить, что устойчивость дисперсных систем, к каким относится концентрирован­ный цементный гель, зависит главным образом от рас­пределения ионов вокруг цементных частиц. При сопри­косновении двух фаз (твердой и жидкой) частицы полу­чают избыточный поверхностный заряд в виде электро­нов или адсорбированных ионов, который со стороны раствора компенсируется равным по величине, но про­тивоположным по знаку зарядом (противоионами). Из-за электростатического притяжения противоионы располагаются в непосредственной близости от электро­да (частицы); определенное число противоионов состав­ляют неподвижный гельмгольцевский слой (аналогично обкладке плоского конденсатора), а остальные распре­делены диффузно (штерновский слой) под действием теплового (броуновского) движения. Таким образом, в рассматриваемом случае, связанном с процессом стаби­лизации цементного геля, водоудерживающая способ­ность его должна возрасти вследствие гомогенизации системы, т. е. возникновения непосредственных контак­тов между дезагрегированными цементными частицами.

Как это показано в работе [4], дезагрегация цементных микрообъектов достигается при обработке цементного геля в акустическом поле, создаваемом высокочастотны­ми и ультразвуковыми колебаниями. При таком воздей­ствии водоудерживающая способность цементного геля возрастает и по аналогии с (1.8) ее можно выразить корреляцией.

Кпр = 1Кн. г* О «9)

При использовании зависимости (1.9) параметр Кп. т оп­ределяют пенетрометрическим методом по нормальной густоте цементного геля, не обработанного в соответст­вующем акустическом поле. Между тем, если цементный гель нормальной густоты подвергнуть пептизирующему действию высокочастотной вибрации, то пенетрометри­ческим методом легко обнаружить недостаток воды за - творения для получения необходимой консистенции. Пос­ле повторного определения с учетом добавки воды зна­чение Кн. г возрастает на 1,216, и тогда

К;,= 1,216Кн.г. (1.10)

Подставив в (1.8) вместо Кн. г его значение из (1.10), по­лучим

Кпр=1,65К;.г1 или Кпр = 1,87Кн г. (1.11)

Следовательно, и при гомогенизации цементного геля, достигаемого пептизацией цементных микрообъектов, во. доудерживающая способность системы может быть вы­ражена корреляционными коэффициентами, установлен­ными для нестабилизированного цементного геля.

В физическом отношении возросшая водоудерживаю­щая способность цементного геля характеризуется но­вым энергетическим состоянием, обусловленным увели­чением дисперсности частиц, количеством взаимных кон­тактов между цементными частицами и уменьшением сечений межзерновых пространств (пор), заполненных водой.

Оставить комментарий