А.Д ЛАЗАРЕВ, канд. техн. наук, ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА
Материалы на основе цемента широко используются при строительстве зданий и сооружений. Однако физика структурно-механических процессов в начальный период твердения цемента изучена недостаточно. Водопотребность цемента определяется количеством воды (обычно в процентах от его массы), которое необходимо для получения цементного теста определенной вязкости, называемой нормальной густотой. Последняя является комплексной характеристикой цемента, зависящей от множества факторов, в том числе от тонкости помола клинкера. Она оценивается по остатку на сите после просеивания частиц цемента через сито с размером ячеек в свету 0,08 мм или по удельной поверхности частиц цемента, определяемой с помощью специального прибора. Обычно тонкость помола цемента составляет 2500-4000 см2/г.
Анализ экспериментальных данных показал, что нормальная густота цементного теста из портландцемента (ПЦ) постоянного минералогического состава прямолинейно зависит от удельной поверхности. Это позволяет описать водопотребность теста нормальной густоты по уравнению прямой линии
Такая же прямолинейная зависимость нормальной густоты цементного теста от удельной поверхности его частиц наблюдается и у других видов цемента (табл. 1).
Коэффициенты полученных уравнений регрессии изменяются у разных цементов в соответствии с их физическими свойствами.
Слой адсорбированной воды состоит из слоев строго ориентированных молекул на поверхности твердых тел, которые по мере увеличения толщины постепенно переходят в неупорядоченные структуры свободных молекул, в свободную воду.
Химически связанная вода геля, который образуется на поверхности цемента, и вода в порах этого геля, видимо, входят в состав адсорбированного слоя
В зависимости от степени водонасыщения различают цементное тесто минимального оводнения, нормальной густоты и предельного насыщения [1] Первое содержит минимальное количество воды, которое не позволяет рассыпаться частицам цемента на отдельные крупинки, оно образуется при в/ц = 0,876 Кнг. У теста предельного насыщения в/ц = 1,65 Кнг.
Анализ показал, что количество воды при разной степени водонасыщения зависит от удельной поверхности цемента, как при нормальной густоте (табл.2).
Нормальную густоту можно рассматривать как отношение массы жидкой фазы на единице поверхности цемента к массе твердой. Для обобщения удобнее представить уравнение в виде отношения объемов жидкой и твердой фаз.
Из физического смысла коэффициентов уравнений (1) и (2) следует, что можно получить среднюю плотность адсорбционного слоя путем деления массы (коэффициент а() на объем жидкой фазы (коэффициент а2).
В результате деления коэффициентов из табл. 2 получим: средняя плотность адсорбционного слоя воды при минимальном оводнении равна 1,05-1,08; при нормальной густоте 1,02-1,03 и при максимальном водонасыщении 1,01-1,03 г/см3.
Выводы
Математическая обработка экспериментов позволяет получить и уточнить физические закономерности, которым подчиняется цементное тесто. Выявлено, что свободная жидкая фаза в нем составляет 14-20% от массы цемента (30-40% от общего объема воды), а остальная вода адсорбирована на поверхности частиц цемента.
Толщина адсорбционного слоя воды, по экспериментам, составляет 400-550 мкм.
Разработанная методика анализа цементного теста может использоваться для изучения других материалов на основе цемента.
Бетон и железобетон, 2007 №5