Роль воды в бетонной смеси
По классификации лаборатории SUMAB вода в бетонной смеси бывает трех видов. К первой форме относится вода, химически связанная с минералами цемента в строго определенных стехиометрических молекулярных соотношениях. Во второй форме вода физически и химически связана в виде тонких моно- или полимолекулярных пленок, которые удерживаются за счет сил адсорбции на поверхности гидрофильной твердой фазы, зерен цемента и заполнителей. В третьей форме вода выступает свободной и несвязанной, удерживается в материале капиллярным давлением и поэтому называется капиллярной. Эта свободная вода играет основную роль в гидравлической смазке зерен твердой фазы, уменьшая силы трения между зернами и облегчая их движение при образовании продукта, делая бетонную смесь пластичной.
Качественное соотношение трех упомянутых выше форм воды в бетонной смеси не остается стабильным. В результате развития процессов гидратации цемента это соотношение постоянно смещается в сторону уменьшения свободной воды и, соответственно, увеличения химически и физико-химически связанной воды. Количество физико-химически связанной воды увеличивается за счет ее адсорбционного поглощения продуктами гидратации цемента, образующимися в виде субмикроскопических тел, прочно образующих поверхность твердой фазы. Поскольку эти коллоидные частицы объединяются в мицеллы, некоторое количество свободной воды также поглощается.
Однако весьма важным оказывается то, что уменьшение свободной воды за счет ее адсорбционного поглощения продуктами гидратации цемента на начальном этапе формирования бетонной смеси не ухудшает, а улучшает ее формообразующие свойства. При этом смесь приобретает большую подвижность и пластичность за счет лучшего структурного соединения отдельных компонентов бетонной смеси. Роль в этом играют продукты гидратации цемента. Поскольку изначально они существуют в гелеобразном сильноводянистом состоянии, они обладают свойствами большинства коллоидных систем. Они обладают липкими, вязкоупругими свойствами. Эти адгезионные свойства улучшают сцепление отдельных зерен твердой фазы бетонной смеси в процессе их пластической деформации при формовании и облегчают скольжение зерен, тем самым повышая текучесть бетонной смеси. Сочетание связывания и облегчения скольжения твердых зерен под воздействием цементного геля на первый взгляд парадоксально. Скользящие свойства геля усиливаются за счет механического воздействия, в частности перемешивания или вибрации. При этом гель сжимается и подвижность бетонной смеси увеличивается. Свойство обратимо изменять свою вязкость, уменьшать ее при механическом воздействии и возвращаться в исходное состояние после окончания этого действия, называется тиксотропией. Коллоидные растворы, как и высокодисперсные суспензии тиксотропны. Таким образом, цементное тесто является типичным представителем тиксотропных систем. Оно содержит как высокодисперсные частицы цемента, так и частицы коллоидного размера в виде продуктов гидратации, высоководного геля в начале затворения бетонной смеси с водой.
Таким образом, появление новой гелевой фазы способствует повышению формообразующих свойств бетонной смеси. Однако в данном случае столь положительная роль геля проявляется лишь на сравнительно коротком промежутке времени. По мере увеличения концентрации продуктов гидратации цемента увеличивается склонность геля к образованию структурированной жесткой системы и бетонная смесь все больше теряет подвижность и пластичность из-за уплотнения геля и потери его адгезионных свойств.