ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вода и ее поведение в присутствии цементных минералов из "Физическая химия вяжущих материалов" Вода — хороший растворитель полярных жидкостей и соединений с ионными связями, она образует кристаллогидраты со многими химическими соединениями. [c.83] Строение молекулы воды может быть представлено в виде равнобедренного треугольника, в вершине которого расположен атом кислорода, в основании — два протона. Две пары электронов обобществлены между протонами и атомом кислорода, две пары неподеленных электронов ориентированы по другую сторону атома кислорода. Длина связи О—Н составляет 96 нм, угол между связями 105°. Связь О—Н имеет полярный характер. [c.83] Наличие неподеленных пар электронов у кислорода и смещение обобществленных электронных пар от атомов водорода к атому кислорода обусловливает образование водородных связей между кислородом и водородом. Водородные связи обусловливают ассоциацию молекул воды в жидком состоянии и некоторые ее аномальные свойства, в частности, высокие температуры плавления и парообразования, высокую диэлектрическую проницаемость, максимальную плотность при 4°С, а также особую структуру льда. В кристаллах льда молекула воды образует четыре водородные связи с соседними молекулами, что приводит к возникновению тетраэдрической кристаллической структуры. Расположение молекул в таком кристалле отличается от плотной упаковки молекул, в решетке много свободных мест, поэтому лед имеет относительно невысокую плотность. [c.83] При высоких давлениях обеспечивается более плотная укладка молекул воды, что обусловливает образование еще нескольких кристаллических модификаций льда. При плавлении структура льда частично разрушается, молекулы сближаются, вследствие чего плотность воды возрастает. В то же время повышение температуры усиливает движение молекул, которое снижает плотность вещества. При температуре выше 4°С последний эффект начинает превалировать и плотность воды понижается. [c.83] В жидкой воде устанавливается равновесие между связанными в ассоциаты и свободными молекулами. При повышении давления молекулы воды сближаются, образуют водородные связи, происходит ассоциация молекул. По мере повышения давления пар приближается по своему строению к жидкому состоянию. Это вызывает увеличение растворимости в паре соединений с ионными связями. [c.83] На процессах гидратации, конденсации и других существенно сказываются микросвойства воды — диэлектрическая проницаемость, структурные особенности. Реакционная способность воды является совокупным проявлением свойств жидкости и индивидуальных свойств молекул. [c.83] Формирование физического контакта воды как жидкости с цементными минералами связано, с одной стороны, с возникновением водородных связей с поверхностными атомами твердого тела, с другой — с текучестью воды (малая вязкость). [c.83] Адгезионные свойства воды обусловлены совокупностью ее когезионной прочности и способностью поверхностных молекул образовывать ковалентные связи по донорно-акцепторному механизму, а также водородные связи. Связывание воды в дисперсных системах, особенно если она находится в виде граничных и измененных по структуре и свойствам слоев, существенно влияет как на ее свойства, так и на свойства дисперсной системы. [c.84] В воде кроме молекулярных существуют и ионно-молекулярные компоненты, образованные устойчивыми ионами ОН и Н3О+, которые активно участвуют в реакциях гидратообразования. [c.84] Ионное произведение воды (константа, характеризующая диссоциацию воды) при 18°С равно 6,2-10 =, при 25°С—10 и при 50 С —5,7-10- . [c.84] Повышение температуры существенно увеличивает концентрацию активных ионов Н3О+ и 0Н в воде, что, в свою очередь, служит одной из причин интенсификации гидротермального синтеза. При нагревании происходит разрушение ассоциатов в воде, возрастают число разорванных водородных связей и концентрация ненасыщенных связей. [c.84] Активность воды при повышенных температурах растет за счет увеличения степени диссоциации. При гидратации вяжущая система разогревается за счет теплоты реакции, что приводит к повышению концентрации ионов Н+ и ОН- в 2—3 раза, т. е. имеет место автокатализ. [c.84] Воду рассматривают и как аморфный полупроводник, поскольку она является диэлектрической средой, в которой движутся и взаимодействуют заряженные частицы Н3О+ и ОН- по аналогии с электронными полупроводниками. Полупроводниковые свойства воды особенно заметно проявляются в ее тонких слоях, взаимодействующих с сильно ориентированной подложкой, донорные свойства усиливаются в граничных слоях. Показано, что твердение цементной дисперсной системы возможно, если водо-цементное отношение В/Ц меньше некоторого критического значения а (стесненное состояние). Следовательно, граничные слои воды приобретают новые, в том числе и структурно-механические свойства (квазитвердость), если В/Ц оказывается ниже значения, при котором происходит перекрытие граничных слоев. Поэтому стесненное состояние отвечает перекрытию граничных водных слоев, адсорбированных на соседних твердых частицах, и самая ранняя прочность в определенной степени связана со структурно-механическими свойствами водных пленок на поверхности твердой фазы. [c.84] Теплопроводность пленки воды толщиной 90 нм при 25—30°С в 40 раз больше [35 Вт/(м -град)] теплопроводности воды в объеме. [c.85] Известен целый ряд аномалий воды при температуре 50—60°С. Поэтому важно определить реакционную способность воды при различных температурах по отношению к вяжущему веществу. [c.85] Поскольку вода является полноправным участником процесса твердения вяжущих веществ, ее свойства оказывают значительное влияние на характер взаимодействия в системе твердое — жидкость (Т — Ж). Возможны различные способы воздействия на структуру воды химический (введение в воду водорастворимых добавок), физический (тепловой, магнитный, ультразвуковой и др.), физико-химический (электрохимическая обработка, обработка нерастворимыми веществами). [c.85] Уменьшение pH раствора за счет введения ионов Н3О+ в воду смещает равновесие реакции вправо вплоть до образования геля Н45Ю4. Увеличение же pH раствора при введении ионов ОН- смещает равновесие реакции влево, т. е. растворимость Са(ОН)г значительно понижается, что может существенно изменить весь процесс гидратации. [c.85] В результате физического воздействия на воду изменяется структура воды, ее водородные связи. При этом эффект от физического воздействия сохраняется в течение некоторого времени, т. е. для структуры воды характерно определенное время релаксации. Так, при воздействии температуры существенно уменьшается количество водородных связей, усиливаются электроно-донорные свойства молекул воды. [c.86] Уменьшение степени ассоциации молекул воды увеличивает их подвижность и, следовательно, скорость подвода в зону реакции. [c.86] Кроме того, при повышении температуры растет ионное произведение воды. Так, при 22°С ионное произведение воды составляет 1,0-10- , при 100°С —74 10- т. е. возрастает более чем в 70 раз. [c.86] Вернуться к основной статье