16.03.2011
Дальнейшее изменение капиллярного давления или приложение внешней растягивающей силы может вызвать новое увеличение расстояния между частицами до.
Если, наоборот, выдерживать образец под нагрузкой всестороннего сжатия, увеличивая этим отпорность (сопротивляемость) контакта, то при повторном загружении выдавливание диффузионной влаги из-под контакта проявляется в значительно меньшей степени, и в зависимостях значение Х станет почти постоянной величиной.
Решая совместно, получаем соотношение, позволяющее определить форму связи капиллярного контакта а и Х по известным V и Пп.
Первая из этих величин V определяется по изменению веса образца, вторая — по изменению влажности окружающего воздуха. Затем может быть подсчитано значение гь характеризующее диаметр капиллярной связи частиц.
Известно, что капиллярное давление Пп в см2 вследствие кривизны поверхности воды капиллярного контакта в равновесном состоянии связано с относительной влажностью окружающего воздуха р соотношением Поскольку отсос воды в диффузный слой и сжатие зерен новообразований капиллярными силами происходят непрерывно, также непре-рывно увеличивается и среднее значение кривизны поверхности жидкости в порах системы.
Под влиянием сил поверхностного натяжения и образуется капиллярный контакт двух слившихся оболочек воды. На рис. 3.6 представлена схема наиболее характерного вида примыкания двух частиц, окруженных диффузной водой. Любой другой вид примыкания не столь типичен и по существу не меняет хода процессов взаимодействия частиц.
Поскольку взаимодействие молекул воды в объеме капиллярного контакта меняется, частицы взаимодействуют, помимо сил сцепления, также с силами поверхностного натяжения слившихся свободных поверхностей воды капиллярного контакта. По этой причине можно рассматривать сечение капиллярного контакта, как бы находящегося под напряжением дополнительного сжатия силами поверхностного натяжения воды.
Это дополнительное взаимодействие частиц К в капиллярном контакте для небольших углов может быть описано при отсутствии внешней силы Р следующей закономерностью:
При нарушении равновесия между влажностью среды и влажностью воздуха у капиллярного контакта, например, когда цементный камень помещен в более влажную среду, происходит переход влаги в капиллярный контакт, вследствие чего взаимодействующие частицы отодвигаются и устанавливаются на расстоянии. При этом диаметр контакта г2 и кривизна мениска Г меняются соответственно на г2 и г, а новое равновесное капиллярное давление П становится меньше Пп.
В гл. 4 представлены данные о размерах усадки бетона в различных случаях и о способах предвидения ее размеров и учета в практике проектирования и производства.
На графике дан общий закон необратимости усадки в ранние периоды развития процесса твердения цементного камня. По мере формирования структуры бетона свойство обратимости все увеличивается, и для бетона, закончившего в основном процесс структуро-образования (скажем, для бетона, твердевшего в воде несколько месяцев и затем высушенного до равновесного состояния), изменение объема и водопоглощение характеризуются почти полной обратимостью, подчиняясь законам взаимодействия в капиллярных контактах. Затвердевший цементный камень представляется в виде поли-дисперсной системы коллоидных частиц новообразований цемента, связанных между собой тонкими диффузными слоями воды, покрывающей частицы, через которые полноценно действуют силы сцепления материалов частиц, а также влагой капиллярных контактов. В зависимости от условий при схватывании и гвердении цемента средняя ко-нечная крупность коллоидных частиц новообразований может изменяться в широких пределах. Оставляя в стороне вопросы, связанные с образованием цементного камня и условиями роста коллоидных частиц новообразований, представляем связь двух коллоидных частиц (зерен) цементного камня в виде капиллярного контакта. Каждая частица здесь покрыта слоями воды, крепко связанной с ней силами поляризации. Плотность слоев воды увеличивается с приближением к поверхности частиц, так как здесь силы взаимодействия достигают величины взаимодействия молекул самой частицы. Наружные слои воды испытывают наименьшее притяжение и удерживаются на частице лишь взаимными силами сцепления молекул воды, измеряемыми свободным поверхност-ным натяжением.
В связи с этим ниже излагаются основные принципы теории капиллярного взаимодействия и способы их использования. Э. Фрейсине дает упрощенное представление о структуре бетона как тела, пронизанного во всех направлениях капиллярными каналами постоянного сечения, но разных по диаметру, вода в которых по мере изменения влажности исчезает полностью во всех каналах диаметром больше dKp. По методу Э. Фрейсине и В. Гелера, каждому режиму влажности соответствует определенный, «критический» диаметр канала dKP, в котором вода не испарилась, и определенная кривизна мениска воды в нем, которая имеется во всех каналах диаметром ddKP, создавая объемное сжатие системы. Как детально освещено в трудах о структуре бетона, действительный образ твердеющего камня иной, вода в нем концентрируется в точках соприкосновения мелких кристалликов новообразований цементного камня, называемых нами капиллярными контактами, в которых вода никогда не исчезает, как бы мала ни была влажность окружающей среды.
Взаимодействие между частицами характеризуется изменением кривизны поверхности кольцевого мениска воды и ростом сил стягивания частиц силами поверхностного натяжения, что проявляется в объемном сжатии частиц, в их сближении и уменьшении объема тела цементного камня в целом. Как математически показано, объемное сжатие и соответственно усадка могут достигать больших значений.
Такая необратимость деформации усадки вызвана новым количественным соотношением, возникшим между видами влаги в бетоне, которая может быть в цементном камне в виде капиллярной, адсорбированной, цеолитовой и кристаллизационной воды, в связи с чем новое соотношение не соответствует первоначальному. В результате роста кристаллов новообразований и возникновения новых система капилляров изменяется по количеству, поперечному сечению и протяженности, что также влияет на сопротивление, оказываемое силами сцепления между коллоидными частицами цементного камня объемному сжатию системы. Как бы сложны ни были процессы, определяющие объемные деформации бетона при гидратации, решающими деформацию факторами при развитии процесса становятся силы поверхностного натяже-ния воды, адсорбированной на частицах затвердевшего цементного камня. Пока гидролиз цемента не закончился, главную роль в объемных деформациях играют химические процессы гидратации. Однако по мере углубления процесса гидратации в толщину нерасколовшихся зерен цемента и, следовательно, его замедления все большую роль в объемных деформациях играют поверхностные капиллярные силы. Рассматривая цементный камень в зрелом возрасте, когда гидратация цемента практически закончена, необходимо относить объемные неупругие деформации преимущественно к особенностям капиллярных контактов коллоидных частиц цементного камня. С этой точки зрения капиллярная теория объемных деформаций имеет практический смысл, и мы наблюдаем ряд примеров, когда путем введения в систему цементного камня сильно расширяющихся веществ происходит распадение очень прочного цементного камня на мельчайшие коллоидные частицы, и камень превращается в гелеобразную кашицу.