13.3. Запитання та задачі для самоконтролю

1. Яку масу Na₃PO₄ треба додати до 500 л води, щоб усунути її карбонатну твердість, яка дорівнює 5 ммоль екв?

2. Які солі обумовлюють твердість природної води? Яку твердість називають карбонатною, некарбонатною? Як можна усунути карбонатну, некарбонатну твердість? Напишіть рівняння відповідних реакцій. Чому дорівнює твердість води, в 100 л якої міститься 14,632 г гідрокарбонату магнію?

3. Обчисліть карбонатну твердість води, знаючи, що для реакції з гідрокарбонатом кальцію, що міститься в 200 см³ води, потрібно 15 см³ 0,08 н розчину НСl.

4. В 1 л води міститься іонів магнію 36,47 мг і іонів кальцію 50,1 мг. Чому рівна твердість цієї води?

5. Яку масу карбонату натрію треба додати до 400 л води, щоб усунути твердість, що дорівнює 3 ммоль екв.

6. Вода, що містить тільки сульфат магнію, має твердість 7 ммоль екв. Яка маса сульфату магнію міститься в 300л цієї води?

7. Обчисліть твердість води, знаючи, що в 600 л її міститься 65,7 г гідрокарбонату магнію і 61,2 сульфату калію.

8. В 220 л води міститься 11 г сульфату магнію. Чому дорівнює твердість цієї води?

9. Твердість води, в якій розчинений тільки гідрокарбонат кальцію, дорівнює 4 ммоль екв. Який об'єм 0,1 н. розчину НCl потрібно буде для реакції з гідрокарбонатом кальцію, що міститься в 75 см³ цієї води?

10. В 1 м³ води міститься 140 г сульфату магнію. Обчисліть твердість цієї води.

11. Вода, що містить тільки гідрокарбонат магнію, має твердість 3,5 ммоль екв. Яка маса гідрокарбонату магнію міститься в 200 л цієї води?

12. До 1 м³ твердої води додали 132,5 г карбонату натрію. Наскільки знизилася твердість?

13. Чому дорівнює твердість води, якщо для її усунення до 50 л води потрібно було додати 21,2 г карбонату натрію?

14. Яка маса CaSO₄ міститься в 200 л води, якщо твердість, обумовлена цією сіллю, дорівнює 8 ммоль екв?

15. Вода, що містить тільки гідрокарбонат кальцію, має твердість 9 ммоль екв. Яка маса гідрокарбонату кальцію міститься в 500 л води?

16. Які іони треба видалити з природної води, щоб зробити її м'якою? Введенням яких іонів можна пом'якшити воду? Складіть рівняння відповідних реакцій. Яку масу Са(ОН)₂ треба додати до 2,5 л води, щоб усунути її твердість, що дорівнює 4,43 ммоль екв/л?

17. Яку масу карбонату натрію треба додати до 0,1 м³ води, щоб усунути твердість, що дорівнює 4 ммоль екв?

18. До 100 л жорсткої води додали 12,95 г гідроксиду кальцію. Наскільки знизилася карбонатна твердість?

19. Чому дорівнює карбонатна твердість води, якщо в 1 л її міститься 0,292 г гідрокарбонати магнію і 0,2025 г гідрокарбонату кальцію?

20. Яку масу гідроксиду кальцію треба додати до 275 л води, щоб усунути її карбонатну твердість, що дорівнює 5,5 ммоль екв?

14. Неорганічні в'яжучі речовини

14.1. Загальні властивості

Неорганічні в'яжучі речовини (НВР) — це речовини, які після замішування з водою перетворюються в пластичну в'язку масу, здатну самовільно твердіти з утворенням міцного камнеподібного тіла.

За умовами твердіння та водостійкості продуктів твердіння НВР поділяються на повітряні які після замішування з водою твердіють тільки на повітрі і продукти твердіння яких не стійкі по відношенню до води (гіпсові в'яжучі, повітряне вапно), та гідравлічні в'яжучі, які після замішування з водою починають твердіти на повітрі і їхнє твердіння продовжується під водою (різні види цементів, гідравлічне вапно).

НВР характеризуються рядом загальних фізико-хімічних властивостей:

1. високим ступенем дисперсності;

2. гідрофільністю - здатністю енергійно взаємодіяти з водою;

3. здатністю при замішуванні з водою утворювати пластичну в'язку масу;

4. здатністю після замішування з водою самовільно твердіти, перетворюючись на міцне камнеподібне тіло.

Високий ступінь дисперсності в'яжучого дає змогу при замішуванні водою одержати однорідну масу, яка при твердінні перетворюється на високоякісний будівельний матеріал.

В'яжучі речовини при замішуванні з водою утворюють однорідну пластичну масу, що називається в'яжучим тістом. Пластичність — це здатність матеріалу під зовнішньою механічною дією змінювати форму без порушення суцільності та зберігати одержану форму після припинення зовнішньої дії.

Пластичність в'яжучого тіста і ступінь дисперсності в'яжучої речовини, суттєво впливає на техніку та економіку виробництва будівельних матеріалів, а також на їхню якість (морозостійкість, міцність, корозійну стійкість та ін.): Пластичність в'яжучою тіста зумовлена особливими властивостями тонких шарів води на поверхні часточок в'яжучих речовин. Властивості води в таких тонких плівках відрізняються від властивостей води в звичайному стані і нагадують її властивості в кристалічному стані. Така зв'язана вода (долі мікрону) може характеризуватися достатньою механічною міцністю і протидії тиску в декілька грамів на 1 см².

У міру того, як збільшується відстань від твердої поверхні часточки в'яжучого, сили притягання молекул води слабшають і за шаром зв'язано води знаходиться вода в звичайному стані. Між цими шарами немає чіткої межі. Напівтверді водяні оболонки виконують у в'яжучому тісті подвійну функцію— вони є ніби зв'язуючою речовиною і разом з цим змазкою.

Якщо для замішування цементу брати кількість води набагато більшу, ніж потрібно для взаємодії зі складовими цементу, надлишок води, випаровуючись, залишить пори і бетон буде характеризуватися малою міцністю та малою корозійною стійкістю, А тому існує певне співвідношення між масами цементу та води для замішування - так зване водоцементне співвідношення.

Щоб одержати необхідну пластичність в'яжучого тіста при мінімальній кількості води, застосовують спеціальні речовини, так звані пластифікуючі домішки. У залежності від дії ці домішки можна поділити на три групи:

.1. Повітровтягуючі домішки. До них належать, головним чином, натрієві солі смоляних кислот, наприклад, ацетат натрію C₁₉Н₂₂COONa. Ці домішки при перемішуванні бетонної суміші поглинають повітря, утворюючи піну. Повітря, що поглинається, збільшує об'єм в'яжучого тіста і підвищує пластичність суміші. Ці домішки особливо ефективні в тих випадках, коли беруть відносно мало цементу і багато заповнювача (піску та щебеню).

2.Домішки гідрофілізуючого типу. Найбільш поширеною домішкою такого типу є сульфітно-спиртова барда, яка містить, в основному, кальцієві солі лігносульфонових кислот — лігносульфонати кальцію загальної формули [ (RSO₃)₂Ca ] _n , де R— лігніногрупа.

Молекули домішок, адсорбуючись на часточках в'яжучого, порушують орієнтацію молекул зв'язаної води і полегшують змочування часточок в'яжучого "вільною" водою (процес гідрофілізації). При цьому сили зчеплення між часточками в'яжучого зменшуються, що полегшує процес перемішування в'яжучого тіста. Оскільки домішки такого типу діють власне на в'яжучу речовину, то їхня дія особливо ефективна при одержанні тих бетоців, у яких відносно мало заповнювача.

3.Домішки гідрофобізуючого типу. Найбільш поширеними серед них є нафтенові та синтетичні жирні кислоти та їхні водорозчинні солі, наприклад, стеарат натрію C₁₇H₃₅COONa.

Молекули таких домішок складаються з довгого неполярного вуглеводневого радикала та полярної функціональної групи

Такі молекули своїми полярними групами адсорбуються на часточках в'яжучого або заповнювача, а вуглеводневі радикали спрямовані назовні. Вони не змочуються водою, між їхніми кінцями існує дуже слабка взаємодія. Це полегшує перемішування бетонної суміші, що дає змогу одержати однорідну пластичну масу.

Останнім часом у вигляді пластифікуючих домішок застосовують супер-пласткфікатори (С-3, 10-03, С-4, НИЛ-10, КМБ), які на 20% зменшують кількість води для замішування і на клас підвищують міцність бетону. Ці домішки готують на основі меламіноформальдегідних смол, продуктів конденсації нафталінсульфокислоти, формальдегіду і оксикарбонових кислот, модифікованих лігносульфонатами.

Твердіння в'яжучих речовин відбуваєгься В результаті хімічних та фізико-хімічних процесів, специфічних для кожного в'яжучого. Розглянемо тільки загальну схему механізму гідратаційного твердіння в'яжучих речовин.

Гідратаційним називають твердіння, що відбувається в результаті реакцій між в'яжучою речовиною та водою.

У процесі твердіння розрізняють два періоди: тужавлення і власне твердіння. Такий поділ має вельми умовний характер, але він зручний в практичному відношенні. Початок тужавлення - це той момент, коли в'яжуче тісто втрачає пластичність. Кінець тужавлення - це перетворення в'яжучого тіста на тверде тіло, яке ще не характеризується помітною міцністю. Всі операції по перемішуванню та переробці бетонних сумішей необхідно проводити до початку тужавлення. Далі відбувається власне твердіння, яке супроводжується зростанням міцності матеріалу.

Теорія твердіння в'яжучих, розроблена в 1923 році А.А.Байковим, схематично розподіляє весь процес твердіння на три періоди (стадії):

підготовчий (насичення);

колоїдації;

кристалізації.

Ці періоди відбуваються не послідовно, а паралельно, накладаючись один на інший.