56. Контракция и пористость цементного камня.

Полагают, что чем ближе средняя плотность твердого тела к его истинной плотности (удельной массе), и, следовательно, чем меньше пористость, тем выше показатели прочности и ряда других его свойств, включая долговечность. Рассмотрим зависимости пористости и прочности твердеющих цементов и других вяжущих гидратационного   твердения   от   содержания    (концентрации)    в единице объема смеси их с водой.

При образовании пор в системе возникает вакуум, под влиянием которого они заполняются водой или воздухом в зависимости от условий твердения цементного камня или бетона. Иногда контракцию называют химической усадкой.

Какие же значения контракции предпочтительны для вяжущих веществ при их использовании в бетонах? Вяжущие с высокой контракцией придают цементному камню, а следовательно, и бетону повышенную пористость и проницаемость для воды, газов и т. п. Поэтому алюми-натные компоненты портландцементов менее желательны по сравнению, например, с алитом или белитом, при гидратации которых контракция колеблется обычно в пределах 3,7—9 %.

Помимо контракции возникновение пор в твердеющей системе спонтанно обусловлено и другим фактором, отражающим размещение частичек гидратных новообразований в общем объеме системы с промежутками между ними, минимальный объем и конфигурация которых определяются свойствами гидрата и условиями его образования при взаимодействии исходного вещества с водой. Этот фактор, решающим образом влияющий на объем и структуру пористости, физико-механические свойства затвердевшего камня и его долговечность, остается вне систематического изучения.

58. Формы связи воды в цементном тесте и камне.

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.

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.