CC BY
35
УДК 666.973.6
К.И. Костыленко, П.В. Капцов*
ФГБОУ ВПО «РГСУ», *ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ВОДА В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Рассмотрены формы связи воды с заполнителями различной крупности. Показано влияние влажности заполнителей на плотность их упаковки.
Ключевые слова: пенобетон, связанная вода, дисперсные системы, агрегативная устойчивость.
Плотность упаковки дисперсных частиц, участвующих в образовании межпо-ровых перегородок пенобетонных смесей, является тем параметром их физических свойств, который оказывает управляющее воздействие на механические свойства затвердевших бетонов [1]. Поэтому экспериментально-теоретический анализ влияния форм связи воды с поверхностью частиц жидкой фазы в период раннего струк-турообразования пенобетонных смесей является этапом на пути установления закономерностей формирования структур с совершенными физико-механическими свойствами.
Состав любой пенобетонной смеси содержит такое количество воды, которое в разы превышает необходимое для полной гидратации минерального вяжущего [2— 4]. Тем не менее достичь агрегативной устойчивости в таких многокомпонентных дисперсных системах, какими являются рассматриваемые смеси, без достаточного количества воды, не представляется возможным. Известно, что значительная часть воды затворения в период раннего структурообразования расходуется на химическое взаимодействие с минералами вяжущего [5] и участвует в формирование пенных пленок [6]. В этот период механическая прочность смеси и агрегативная устойчивость составляющих ее компонентов полностью зависят от величины сил капиллярного сцепления, развивающихся в воде, объединяющей их в дисперсную систему. Полагаем, что для обеспечения агрегативной устойчивости дисперсных частиц (пузырьков воздуха, частиц песка и цемента) необходимо, чтобы весь объем воды за-творения находился в физически связанном состоянии. Физически связанную воду принято считать пленочной.
Пленочная и объемная вода по-разному влияют на устойчивость зернистых дисперсных систем, к которым относятся бетонные смеси. Пространственное расположение молекул воды в зернистых средах зависит от количества пленочной влаги на поверхности частиц материала и энергии связи жидкой фазы с поверхностью этих частиц. Величина энергии связи влаги с поверхностью материала предопределяется не только вещественной природой материала, но и параметрами его удельной поверхности. Поверхность заполнителей в бетонах химически инертна по отношению к воде, поэтому процесс конденсации молекул водяного пара на их поверхности будет носить только физический характер. Когда молекула воды сталкивается с заполнителем, ее энергия должна рассеяться в термическое колебание поверхности. Если этого не произойдет, молекула будет перекатываться по поверхности до тех пор, пока не утратит кинетическую энергию, либо вернется в исходную фазу [7].
Образование адсорбционной пленки в начальной стадии адсорбции характеризуется островками молекул воды толщиной 2.. .3 молекулы (рис. 1). Когда количество адсорбированной воды становится достаточным для образования сплошного слоя толщиной 3 молекулы, возникают условия для капиллярной конденсации [8]. В ре-
168
© Костыленко К.И., Капцов П.В., 2012
Строительное материаловедение
VESTNIK
JVIGSU
зультате капиллярной конденсации плотность упаковки молекул воды на поверхно -сти зернистых частиц повышается на 24,1 %. Момент капиллярной конденсации влаги на дисперсных частицах заполнителя должен проявиться в повышении средней плотности.
Рис. 1. Схема упаковки молекул воды при адсорбции
В ходе экспериментов увлажнению подвергались дисперсные зернистые частицы песка и плотного известняка различных фракций. Экспериментально установле -но, что насыпная плотность сухих заполнителей зависит от размера элементарных частиц, а, следовательно, не только от типа упаковки частиц, но и от соотношений между их гравитационной и поверхностной энергией. Для крупных фракций (0,315.. .5,0 мм), в которых гравитационная энергия превышает поверхностную, средняя плотность сухого заполнителя имела практически одинаковую величину 1,25.1,27 кг/л. При переходе к мелким фракциям насыпная плотность сухих дисперсно зернистых смесей существенно снижалась. Зернистая смесь фракции 0,315.0,16 мм была легче на 9,8 %, а фракции менее 0,16 мм — легче на 13,6 %. Смеси увлажнялись с шагом 0,3 % по массе. Для всех фракций, за исключением 2,5.5,0 мм, вначале наблюдалось снижение значений средней плотности в связи с формированием адсорбционных пленок воды на поверхности сухих частиц (рис. 2).
0,8-1-------I—
0 1 2 3 4 5 6 7
Влажность, % по массе Фракция < 0,16 мм ^^^ Фракция 0,315...0,16 мм
^^^ Фракция 0,63.0,315 мм ^^ Фракция 1,25.0,63 мм
^1^Фракция 2,5.1,25 мм Фракция 5.2,5 мм
Рис. 2. Влияние дисперсности и влажности песка на величину его насыпной плотности
Количество воды, пошедшее на формирование адсорбционных пленок, оказалось пропорциональным удельной поверхности зернистых частиц. Момент заполнения поверхности частиц адсорбированной влагой фиксировался по показателям минимальной средней плотности, которая достигалась при различной влажности исследуемых материалов. После формирования адсорбционного слоя влаги, в связи с появлением пленочной, характеризующейся повышенной плотностью, во всех зернистых смесях наблюдался рост параметров средней плотности. Рост средней плотности при отсутствии водоотделения свидетельствует о появлении в зернистой системе пленочной влаги, обладающей свойствами твердой фазы.
Полученные результаты показывают, что степень дисперсности зернистых частиц регулирует объем пленочной влаги в смесях, предназначенных для изготовления пенобетонов. Что позволяет производить агрегативно устойчивые смеси высокой подвижности.
Библиографический список
1. Шахова Л.Д. Технология пенобетона. Теория и практика : монография. М. : Изд-во АСВ, 2010. 248 с.
2. Моргун Л.В., Моргун В.Н., Смирнова П.В. О взаимосвязи между термодинамическими свойствами воды и пенобетонов // Строительные материалы. 2009. № 1. С. 14—16.
3. Смирнова П. В. Температурный фактор в технологии фибропенобетона : дисс. ... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2010. 151 с.
4. Костыленко К.И., Пушенко О.В., Моргун В.Н. Особенности формирования пеноструктур в цементно-песчаных смесях // Сб. науч. тр. Sworld по материалам междунар. науч.-практ. конф. Одесса. 2012. Т. 26. № 2. С. 19—22.
5. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М. : Стройиздат, 1979. 476 с.
6. Моргун В.Н. Теоретическое обоснование закономерностей конструирования структуры пенобетонов // Наука и инновации в строительстве SIB-2008 : М-лы межд. конгр. Том 1. Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. Кн. 1. Воронеж : Воронежская ГАСА, 2008. С. 333—337.
7. Квливидзе В.И. Изучение адсорбированной воды методом ядерного магнитного резонанса // Связанная вода в дисперсных системах. 1970. Вып. 1. С. 41—54.
8. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 1. М. : Наука, 1989. 352 с.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторах: Костыленко Константин Игоревич — аспирант кафедры строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»), 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, д. 162, [email protected];
Капцов Петр Владимирович — заведующий лабораторией кафедры строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования: Костыленко К.И., Капцов П.В. Вода в дисперсных системах, предназначенных для изготовления пенобетонных смесей // Вестник МГСУ 2012. № 11. С. 168—171.
K.I. Kostylenko, P.V. Kaptsov
WATER CONTENT IN DISPERSE SYSTEMS DESIGNATED FOR PRODUCTION OF FOAM-CONCRETE COMPOSITES
The authors have analyzed types of cohesion between water and fillers that demonstrate varied granulation. The authors have proven the influence of the moisture content in fillers onto their packing density.
An experimental and theoretical analysis of influence of types of cohesion between the water and surface particles of the liquid phase in the period of initial structurization of foam-concrete
170
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 11
Строительное материаловедение
VESTNIK
MGSU
composites represents an intermediate step on the way to identification of patterns of formation of structures that have perfect physical and mechanical properties.
The experimental research consists in the moisture treatment of disperse granular particles of sand and dense limestone of different fractions. The experimental research has proven that the packed density of dry fillers depends on the size of elementary particles; therefore, the packed density depends not only on the type of packing of particles, but also on correlations between their gravitational and surface energy.
The amount of water consumed in the course of formation of adsorption films has turned out to be proportionate to the per-unit surface of granular particles. The moment when the particle surface was filled with the adsorption moisture was registered based on the minimal average density in cases of the varied moisture content in the materials under research. Each granular composition demonstrated higher parameters of average density upon formation of the adsorption layer of moisture due to the presence of the film characterized by higher density.
The growth of average density in the absence of any water loss proves that the granular system has a film moisture content that demonstrates the properties of a solid phase.
The findings have proven that the degree of dispersion of granular particles regulates the film moisture content in the composites designated for the production of foam-concretes. The above property ensures production of composites that have a high workability and a stable aggregative state.
Key words: foam concrete, cohesive water, disperse systems, stable aggregative state.
References
1. Shakhova L.D. Tekhnologiya penobetona. Teoriya i praktika. [Technology of Foam Concrete. Theory and Practice.] Moscow, ASV Publ., 2010, 248 p.
2. Morgun L.V., Morgun V.N., Smirnova P.V. O vzaimosvyazi mezhdu termodinamicheskimi svoys-tvami vody i penobetonov [Correlation between Thermodynamic Properties of Water and Foam Concretes]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2009, no. 1, pp. 14—16.
3. Smirnova P. V. Temperaturnyy faktor v tekhnologii fibropenobetona [Factor of Temperature within the Framework of Technology of Foam Concrete]. Rostov-on-Don, 2010, 151 p.
4. Kostylenko K.I., Pushenko O.V., Morgun V.N. Osobennosti formirovaniya penostruktur v tse-mentno-peschanykh smesyakh [Peculiarities of Formation of Foam Structures of Cement and Sand Mixtures]. Collected works of International Scientific and Practical Conference "Sworld". Odessa, 2012, no. 2, vol. 26, pp. 19—22.
5. Volzhenskiy A.V. Mineral'nye vyazhushchie veshchestva [Mineral Binders]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1979, 476 p.
6. Morgun V.N. Teoreticheskoe obosnovanie zakonomernostey konstruirovaniya struktury penobetonov [Theoretical Substantiation of Regularities of Structurization of Foam Concretes]. Nauka i inno-vatsii vstroitel'stve SIB-2008 [Science and Innovations in Civil Engineering SIB-2008]. Collected papers of International Congress. Vol. 1. Sovremennye problemy stroitel'nogo materialovedeniya i tekhnologii. [Present-day Problems of Material Science and Technology]. Voronezh, Voronezh GASA Publ., 2008, pp. 333—337.
7. Kvlividze V.I. Izuchenie adsorbirovannoy vody metodom yadernogo magnitnogo rezonansa [Study of Adsorbed Water Using Method of Nuclear Magnetic Resonance]. Svyazannaya voda v disper-snykh sistemakh [Adhesive Water in Disperse Systems]. 1970, no. 1, pp. 41—54.
8. Savel'ev I.V. Kurs obshchey fiziki [Course of General Physics]. Moscow, Nauka Publ., 1989, vol. 1, 352 p.
About the authors: Kostylenko Konstantin Igorevich — postgraduate student, Department of Construction Materials, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), 162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344000, Russian Federation; [email protected];
Kaptsov Petr Vladimirovich — Director of Laboratory, Department of Construction Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Kostylenko K.I., Kaptsov P.V. Voda v dispersnykh sistemakh, prednaznachennykh dlya izgotovleniya penobetonnykh smesey [Water Content in Disperse Systems Designated for Production of Foam-Concrete Composites]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 168—171.
