Строительные конгломераты на основе неорганических вяжущих веществ

К этой важнейшей для строительства группы ИСК относятся бетоны разной плотности, железобетон, строительный раствор, гипсовые и гипсобетонные изделия, изделия на основе магнезиальных вяжущих веществ, асбестоцементные и силикатные изделия автоклавного твердения. В каждом из них имеется своя матричная часть и свой заполняющий компонент. Но несмотря на своеобразие каждого ИСК на них при оптимальных структурах распространяются общие объективные закономерности.

ЦЕМЕНТНЫЙ КАМЕНЬ КАК МАТРИЧНАЯ ЧАСТЬ В КОНГЛОМЕРАТАХ И ИСХОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Матричная часть как гетерогенная дисперсная система в безобжиговых конгломератах образуется из жидкой дисперсионной среды, в качестве которой наибольшим применением пользуются вода и некоторые водные растворы, и дисперсной фазы — высокотонкого помола минерального вещества как разновидности неорганических вяжущих материалов.

ВОДА И ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ

Главнейшим ингредиентом безобжиговых ИСК на основе неорганических вяжущих веществ является вода. В начальной стадии технологического процесса при изготовлении конгломератной смеси она выполняет функцию пластифицирующего компонента, но по мере уплотнения и формования смеси и конгломерата с ее активнейшим участием проходит структурообразование. Этот природный минерал (см. 8.2), находясь в жидком состоянии, принимает различный характер связи с вяжущим веществом, использованным в искусственном конгломерате. Подобно тому как вода в земной коре имеет три основных типа связи с другими породообразующими минералами — конституционную, кристаллизационную и адсорбционную, в искусственных конгломератах она также только частично остается в свободном состоянии. В большей мере она внедряется в кристаллические решетки новых формирующихся фаз, входит в новые химические соединения и гелеобразования. В конгломератных смесях и отформованных из них изделиях вода продолжает оставаться активной дисперсионной средой. В ней, как жидкой среде, протекают растворение, диссоциация, коагуляция, пептизация, седиментация и другие физико-химические процессы, характерные для стадий диспергирования и конденсации отвердевающих систем (см. 2.2.5). Вода может входить в межплоскостные емкости и задерживаться в них, что особенно характерно для силикатов со слоистой структурой. Она может проникать в поры и различного рода пустоты, в том числе ультрамикроскопические, удерживаясь более прочно, чем вода адсорбционная. Вода подвержена электролитической диссоциации (точнее, электролитической ионизации) в соответствии с уравнением 2НгО = ОНз⁺ + ОН* и распадом ее молекул на ионы Н¹⁺ и ОН¹— с появлением в ней нестойких ионов оксония Нз0^,+. В результате непрерывно изменяется активность водной среды по отношению к твердой дисперсной фазе, особенно к минеральному вяжущему веществу. Вода становится раствором электролитов и поэтому ее свойства изменяются пропорционально молекулярной концентрации растворенного вещества. Кроме того, вода реагирует на изменение внешних условий (температуры, давления, магнитных и электрических полей и др.), под влиянием которых она изменяет свои первоначальные свойства. Нередко в смеси дополнительно вносятся соли как истинные или потенциальные электролиты, что также благоприятствует повышению активности водного раствора по мере увеличения степени их диссоциации. Вносимая соль (иногда кислота) имеет функциональное назначение — повысить активность к растворению вяжущих веществ и к химической реакции с ними — гидролизу и гидратации с кристаллизацией гидратных новообразований.

Активизация воды с повышением ее энтропии может осуществляться не только введением определенных доз электролитов. Другие методы, подобно солям, могут влиять на структуру воды с внесением в нее новых ионов, образованием дополнительных мономерных молекул за счет разрыва водородных связей и т. п. В частности, к таким методам могут быть отнесены: обработка воды электрическим током строго дозированной величины (из научных работ В.М. Рудакова); магнитная обработка воды; облучение рентгеновскими лучами с образованием свободного гидроксила ОН и водородного атома Н (не ионов!) по реакции Н2О = Н + ОН; использование радиоактивных изотопов и др.

Учитывая переменные внутренние и внешние условия, в которых выполняет свои функции вода как компонент конгломератной смеси, можно отметить, что только в самый начальный момент вода в системе остается нейтральной. Затем она становится водным раствором. И тем не менее к воде всегда предъявляются определенные технические требования (ГОСТ 23 732−79), которых строго придерживаются в производстве бетонов, строительных растворов и других ИСК.

Вода не должна содержать примеси, препятствующие протеканию химических и физико-химических процессов, в которых она принимает непосредственное участие как активный компонент конгломератной (чаще всего бетонной) смеси. К таким примесям относятся: органические вещества и среди них — сахар и другие углеводы, фенолы, нефтепродукты, масла, жиры и др.; взвешенные частицы глины, пыли, гумуса и т. п.; растворимые соли кислот, сульфат-ионы, хлор-ионы, другие растворимые вещества. В природной воде допускается не более 5000 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л (в пересчете на SO3). Не допускается применять болотную и сточную (бытовую и промышленную) воду без ее предварительной очистки и последующего тщательного контроля, а также морскую воду в целях предотвращения коррозии металла арматуры и образования цементных «бацилл».

Наиболее полно техническим требованиям удовлетворяет вода питьевая (водопроводная) и речная. Однако если река судоходная, то не рекомендуется использовать воду верхних горизонтов. Одним из положительных показателей качества воды служит водородный показатель pH, который, как известно, характеризует концентрацию (активность) ионов гидроксония (для простоты их обычно называют ионами водорода). Он численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации (активности) ионов гидроксония (ОНз⁺), выраженной в моль/л, т. е. pH = -lg (OH3). Водородный показатель pH для воды, используемой в составе бетона, а также для поливки уложенного бетона в сухое время года, должен быть в пределах от 4 до 12,5. Это соответствует воде, дающей слабокислую либо слабощелочную реакции, либо самое лучшее, нейтральную реакцию (pH = 7). Для измерения водородного показателя на практике используют прецизионные инструменты — рН-метры.