Ранее было показано, что цементный гель представ­ляет собой связанную систему, состоящую из обводнен­ных частиц и флокул, между которыми могут находить­ся как газовая, так и жидкая фаза. Суммарный объем адсорбированной и межзерновой жидкости или воздуха определяет объем пор цементного геля, изменяющийся в относительно широких пределах в зависимости от зна­чений X и приложенного к цементному гелю внешнего нормального давления, способствующего сближению зе­рен твердой фазы.

Характеристикой плотности цементного геля может служить его пористость; ее легко использовать при опре­делении различных технологических и физико-механиче­ских свойств не только цементного геля, но и его произ­водной — цементного камня, а также бетона.

Выделим некоторый объем цементного геля Vr и обо­значим объем межзернового пространства в нем через Уп, а объем твердой фазы через Уц. Тогда очевидно, что

Vr = V4 + Fn, (3.1)

Отношение

Ти = VJVr

Выражает собой объем пор в единице объема цементного геля, т. е. его пористость, а отношение

Тц = Уц/Уг.

Характеризует собой объемное содержание части цемен­та в единице объема цементного геля (фазовый объем скелета). Этот параметр можно рассматривать как объ­емный аналог плотности цементного геля, т. е. общую плотность.

Очевидно, что

MJX + mn = VJX/Vr+Vn/Vr^.

В последующем не трудно убедиться, что в технологи­ческих расчетах удобнее выражать объем пор через ко­
эффициент пористости ег, равный отношению объема пор к объему, занятому частицами твердой фазы, т. е.

ЕР = Уп/Уц, (3.2)

В таком случае можно записать, что

Уи ег

(3.3)

Vn + Уц 1'+еР' Отсюда, учитывая зависимость (3.1), имеем:

TOC o "1-3" h z Vn^-J^VV, (3.4)

1 ' 11 у г • 1 — ег 1 + ег

1 + ег

Vn = Vr-Vn = Vr - T-^Z—Vr = 1

Следовательно:

ТГ = — = тт— ; (З-5)

Vr 1 + 8Г

Тц-—= —— . (3.6)

Кг 1 + 8Г

Величины 8Г и тТ могут быть вычислены по технологи­ческим параметрам цементного геля из следующих со­отношений:

Объем пор равен

= — + W, (3.7)

Рш

Объем твердой фазы

Уц = Ц/рИ. (3.8)

Подставив (3.7) и (3.8) в отношение (3.2), получим

Множитель в скобках соответствует второму слагае­мому в уравнении контракционного объема цементного геля (1.14), в связи с чем можно написать

8г = Ри Кн. г (X — 0,292). (3.10)

Имея в виду, что (X—0,292) = Х/ржц ХКн. г =(В/Ц)Г, На основании (3.10) получим

Вг=7-Ря (В/Ц). (3.11)

Рш

Значения ег, вычисленные по формуле (3.11) для наиболее часто используемых цементов, приведены в табл. 3.1.

Судя по данным табл. 3.1, значения коэффициентов пористости в интервале X от 1 до 1,65 зависят в значи­тельной мере от водопотребности цемента: при одном и том же X величина 8Г тем больше, чем выше Кн. г, косвен­но отражающая водопотребность цемента. Зная величи­ны 8Г, легко вычислить по формуле (3.5) значения порис­тости цементного геля.

Перепишем (3.11) относительно (В/Ц)т:

(Я/д)г= (3.12)

Ри

Любопытно отметить, что аналогичное выражение используют в механике грунтов при определении массо­вой влажности (MB), под которой подразумевается от­ношение массы воды QB к массе твердых частиц QT в не­котором объеме грунта.

В случае полного водонасыщения грунта объем воды V в единице геометрического объема грунта Vrp равен объему пор Уп. г, т. е. VB = Vu.R- Обозначив через рт сред­нюю удельную массу всех зерен в некотором объеме грунта, достаточно большом по сравнению с размерами отдельных его зерен, а через рв — удельную массу воды в порах грунта, можно написать:

„„ Яв ^вРв vB vn. r Рв п Рв МВ= — =------------- = = ST ет ,

<7т ут9т уп. т Ft Рт Рт

VE

Где величина Sj=---------- называется степенью водонасы-

^п. г

Щения. Для полностью водонасыщенных грунтов ST=1, а поэтому массовая влажность такого грунта равна

МВ = (8трв)/рт. (3.13)

Сравнивая (3.12) и (3.13), замечаем, что эти зависи­мости отличаются лишь тем, что в (3.13) величина рв не учитывает влияние плотности связанной воды, так как на зернах песка она мало отличается от 1. Отсюда мож­но сделать вывод, что (В/Ц)т выражает собой массовую влажность цементного геля и косвенно характеризует его пористость,

ТАБЛИЦА 3.1. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ енг. ОТ (ВЩ) И ВИДА ЦЕМЕНТА Кнг Рц Ри Значения ер при X, равном 1 1,1 1,2 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,6 1,65 0,24 3,2 2,72 0,47 0,535 0,6 0,66 0,7 0,734 0,765 0,8 0,864 0,896 0,25 3,15 2,69 0,475 0,542 0,61 0,683 0,71 0,745 0,777 0,808 0,876 0,915 0,26 3,12 2,65 0,486 0,557 0,625 0,695 0,728 0,763 0,794 ,0,831 0,895 0,934 0,27 3,1 2,62 0,504 0,57 0,645 0,72 0,75 0,785 0,82 0,855 0,9 0,97 0,28 3,05 2,59 0,514 0,585 0,66 0,732 0,767 0,805 0,84 0,875 0,945 0,985 0,29 2,98 2,54 0,52 0,593 0,665 0,74 0,775 0,815 0,85 0,886 0,96 0,995 0,30 2,95 2,48 0,524 0,602 0,677 0,75 0,785 0,823 0,86 0,892 0,97 1,02

Ma этом основании объемную массу цементного геля можно определить через коэффициент пористости ег, для чего преобразуем формулу (1.25):

Ри (1 +ХКн. г) Тг= .

Рж

Согласно (3.11), второе слагаемое в знаменателе дроби равно 8Г. Тогда получаем

Тг=Рн(1+ХКн. г) ■■ (3.14)

1 8Г

При Х=0 определим объемную массу цемента или мас­су цемента в 1 м3 цементного геля:

?д. р = Ри/(1 + ег). (ЗЛ5)

Если известна масса цемента Ц, можно вычислить его объем в цементном геле:

Уц. г = Ц/уц. г. (3.16)

Подсчеты по формулам (3.15) и (3.16) полностью совпадают с результатами, получаемыми по уравнению для определения контракционного объема цементного геля (1.18).

Формулу (3.11) можно получить и другим путем, вы­разив степень водонасыщенности цементного геля отно­шением, используемым для грунтов, а именно:

Sr=VB/Vn.T.

Предположив, что V уп<г=-iiL. и подста-

Рж 1+ег

Вив эти значения в 5Г, получим

Рж 8Г

Согласно (3.15), ри=уЦ. г(1+ег), в связи с чем можно написать

Рж 8Г

Если все пространство между частицами цемента запол­нено водой —Sr— 1, то в этом случае

В Ри

Ц Рж 8Г

Отсюда

1 В

Ег = — Ри — .

Рж ц

Из приведенного следует, что в структурном отноше­нии цементный гель имеет много общего с водонасыщен - ными высокодисперсными грунтами, например такими, как глина, суглинки и др.