Связанная и свободная вода для приготовления бетонных смесей

Одним из важных компонентом бетонной смеси при изготовлении её в растворобетонных узлах или на заводах является вода. Она в большей степени определяет будущие характеристики полученного строительного материала. Раствор представляет собой особую субстанцию, в которой вода может быть представлена в двух видах: связанная и, соответственно, свободная. Когда молекулы воды находятся в непосредственной связи с твёрдыми частицами, такими как песок, цемент, и существующая связь сильнее сил тяготения, то говорят, что вода связана. Если же она свободно перемещается через поры и пустоты в растворе, то такой вид воды называется свободным. Вода становится связанной в следующих случаях:

1. когда молекулы воды входят в состав полученных молекул в результате химической реакции с вяжущими веществами;

2. при адсорбции на поверхностях твёрдых частиц в виде тонких молекулярных плёнок;

3. вследствие капиллярных сил, которые возникают при наличии поверхности раздела сред вода-воздух.

 

Главными предпосылками для образования связанной воды является наличие не заполненных микроскопических пор и капилляров. Когда начинается процесс соединения молекул воды с твёрдыми компонентами раствора, то в первую очередь твёрдые частицы покрываются адсорбционными молекулярными плёнками толщиной до 100 нм. В образовавшемся слое свойства воды несколько модифицируются: увеличивается плотность и структурная вязкость вещества. Таким образом, вода в образованных плёнках по своим характеристикам напоминает свойства твёрдого тела. Исходя из необходимого объёма воды, который идёт на образование адсорбционных слоёв, можно вычислить максимальную влагоемкость твёрдых компонентов полученного раствора. Модуль влагоёмкости напрямую зависит от удельной поверхности твёрдых компонентов. По величине удельной поверхности оценивают средний размер частиц цемента или средний размер пор для пористых материалов. При изготовлении смеси на бетонных заводах значение влагоёмкости важно для вяжущих веществ, а также мелкозернистых добавок, которые обладают максимальной удельной поверхностью. В начальной стадии процесса взаимодействия воды и твёрдых компонентов, когда воды ещё недостаточно для полного заполнения пустот, пор и больших капилляров, граница раздела сред принимает форму искривлённую в виде полумесяца, которая называется меникс. Если достигнутый уровень влажности раствора обеспечивает возможность полного покрытия адсорбционной пленкой всех без исключения твёрдых частиц и при этом идёт образование контактных мениксов, то смесь обладает, так называемой, минимальной подвижностью, т.е. такой подвижностью, при которой достигается наиболее плотная укладка бетонной смеси.

 

При производстве бетона следует учесть тот факт, что количественное распределение связанной воды, взятой в одном удельном объёме раствора, меняется с течением времени вследствие процесса химического взаимодействия компонентов, постепенной абсорбции воды различными заполнителями, а также в зависимости от различных внешних факторов, таких как влажность, температура окружающей среды. При наличии достаточного количества свободной воды в системе ведёт к уменьшению общей вязкости раствора и вследствие чего повышается подвижность бетона. В результате бетонная смесь становится более пластичной и текучей. Дальнейшее увеличение количества свободной воды ведёт к нарушению связности компонентов системы и расслоению смеси. Критическое значение объёма воды в системе для различных смесей определяется максимальной подвижностью раствора, при которой бетон может удерживать всю входящую в его состав воду. Это называется водоудерживающей способностью раствора. Она, в свою очередь, зависит от водоудерживающей характеристики вяжущих компонентов. Превышение критического значения объёма воды ведёт к резкой потере упругих, пластических и вязких характеристик смеси. Это происходит настолько стремительно, что процесс расслоения смеси начинает сразу же после перемешивания в бетоносмесителе. Твёрдые частицы оседают на дне виде осадка со скоростью, величина которой определяется удельным весом компонентов. Процесс расслоения будет проходить до тех пор, пока внутри смеси не установится гидроравновесие, т.е. вся свободная вода, которую не может удерживать смесь, не выйдет наружу.