ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРИСТОСТИ И ПЛОТНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО ГЕЛЯ
Ранее было показано, что цементный гель представляет собой связанную систему, состоящую из обводненных частиц и флокул, между которыми могут находиться как газовая, так и жидкая фаза. Суммарный объем адсорбированной и межзерновой жидкости или воздуха определяет объем пор цементного геля, изменяющийся в относительно широких пределах в зависимости от значений X и приложенного к цементному гелю внешнего нормального давления, способствующего сближению зерен твердой фазы.
Характеристикой плотности цементного геля может служить его пористость; ее легко использовать при определении различных технологических и физико-механических свойств не только цементного геля, но и его производной — цементного камня, а также бетона.
Выделим некоторый объем цементного геля Vr и обозначим объем межзернового пространства в нем через Уп, а объем твердой фазы через Уц. Тогда очевидно, что
Vr = V4 + Fn, (3.1)
Отношение
Ти = VJVr
Выражает собой объем пор в единице объема цементного геля, т. е. его пористость, а отношение
Тц = Уц/Уг.
Характеризует собой объемное содержание части цемента в единице объема цементного геля (фазовый объем скелета). Этот параметр можно рассматривать как объемный аналог плотности цементного геля, т. е. общую плотность.
Очевидно, что
MJX + mn = VJX/Vr+Vn/Vr^.
В последующем не трудно убедиться, что в технологических расчетах удобнее выражать объем пор через ко
эффициент пористости ег, равный отношению объема пор к объему, занятому частицами твердой фазы, т. е.
ЕР = Уп/Уц, (3.2)
В таком случае можно записать, что
Уи ег
(3.3)
Vn + Уц 1'+еР' Отсюда, учитывая зависимость (3.1), имеем:
TOC o "1-3" h z Vn^-J^VV, (3.4)
|
1 ' 11 у г • 1 — ег 1 + ег |
1 + ег
Vn = Vr-Vn = Vr - T-^Z—Vr = 1
Следовательно:
ТГ = — = тт— ; (З-5)
Vr 1 + 8Г
Тц-—= —— . (3.6)
Кг 1 + 8Г
Величины 8Г и тТ могут быть вычислены по технологическим параметрам цементного геля из следующих соотношений:
Объем пор равен
= — + W, (3.7)
Рш
Объем твердой фазы
Уц = Ц/рИ. (3.8)
Подставив (3.7) и (3.8) в отношение (3.2), получим
Множитель в скобках соответствует второму слагаемому в уравнении контракционного объема цементного геля (1.14), в связи с чем можно написать
8г = Ри Кн. г (X — 0,292). (3.10)
Имея в виду, что (X—0,292) = Х/ржц ХКн. г =(В/Ц)Г, На основании (3.10) получим
Вг=7-Ря (В/Ц). (3.11)
Рш
Значения ег, вычисленные по формуле (3.11) для наиболее часто используемых цементов, приведены в табл. 3.1.
Судя по данным табл. 3.1, значения коэффициентов пористости в интервале X от 1 до 1,65 зависят в значительной мере от водопотребности цемента: при одном и том же X величина 8Г тем больше, чем выше Кн. г, косвенно отражающая водопотребность цемента. Зная величины 8Г, легко вычислить по формуле (3.5) значения пористости цементного геля.
Перепишем (3.11) относительно (В/Ц)т:
(Я/д)г= (3.12)
Ри
Любопытно отметить, что аналогичное выражение используют в механике грунтов при определении массовой влажности (MB), под которой подразумевается отношение массы воды QB к массе твердых частиц QT в некотором объеме грунта.
В случае полного водонасыщения грунта объем воды V в единице геометрического объема грунта Vrp равен объему пор Уп. г, т. е. VB = Vu.R- Обозначив через рт среднюю удельную массу всех зерен в некотором объеме грунта, достаточно большом по сравнению с размерами отдельных его зерен, а через рв — удельную массу воды в порах грунта, можно написать:
„„ Яв ^вРв vB vn. r Рв п Рв МВ= — =------------- = = ST ет ,
<7т ут9т уп. т Ft Рт Рт
VE
Где величина Sj=---------- называется степенью водонасы-
^п. г
Щения. Для полностью водонасыщенных грунтов ST=1, а поэтому массовая влажность такого грунта равна
МВ = (8трв)/рт. (3.13)
Сравнивая (3.12) и (3.13), замечаем, что эти зависимости отличаются лишь тем, что в (3.13) величина рв не учитывает влияние плотности связанной воды, так как на зернах песка она мало отличается от 1. Отсюда можно сделать вывод, что (В/Ц)т выражает собой массовую влажность цементного геля и косвенно характеризует его пористость,
|
ТАБЛИЦА 3.1. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ енг. ОТ (ВЩ) И ВИДА ЦЕМЕНТА
|
Ma этом основании объемную массу цементного геля можно определить через коэффициент пористости ег, для чего преобразуем формулу (1.25):
Ри (1 +ХКн. г) Тг= .
Рж
Согласно (3.11), второе слагаемое в знаменателе дроби равно 8Г. Тогда получаем
Тг=Рн(1+ХКн. г) ■■ (3.14)
1 8Г
При Х=0 определим объемную массу цемента или массу цемента в 1 м3 цементного геля:
Если известна масса цемента Ц, можно вычислить его объем в цементном геле:
Уц. г = Ц/уц. г. (3.16)
Подсчеты по формулам (3.15) и (3.16) полностью совпадают с результатами, получаемыми по уравнению для определения контракционного объема цементного геля (1.18).
Формулу (3.11) можно получить и другим путем, выразив степень водонасыщенности цементного геля отношением, используемым для грунтов, а именно:
Sr=VB/Vn.T.
Предположив, что V уп<г=-iiL. и подста-
Рж 1+ег
Вив эти значения в 5Г, получим
Рж 8Г
Согласно (3.15), ри=уЦ. г(1+ег), в связи с чем можно написать
Рж 8Г
Если все пространство между частицами цемента заполнено водой —Sr— 1, то в этом случае
В Ри
Ц Рж 8Г
Отсюда
1 В
Ег = — Ри — .
Рж ц
Из приведенного следует, что в структурном отношении цементный гель имеет много общего с водонасыщен - ными высокодисперсными грунтами, например такими, как глина, суглинки и др.
