Общие сведения о применении ПАВ в цементных системах
Цементный строительный раствор в момент изготовления - это система, состоящая из различных компонентов, в том числе цемента, заполнителей и воды. Каждое твердое вещество в данном случае, независимо от его распределения в системе, представляет собой отдельную фазу - совокупность отдельных частей системы, одинаковых по составу и свойствам и отделенных от остальных частей системы поверхностью раздела.
В нашем случае каждое зерно песка может быть отделено от аналогичных частичек прослойками воды или частицами цемента, но так как по составу и свойствам зерна песка практически не отличаются одно от другого, то их рассматривают как одну фазу. Равным образом и все частицы цемента, вводимого в состав строительного раствора, считаются другой твердой фазой.
Зерна цемента очень малы, их размерность лежит в пределах 1-100 микрон. Чем дисперснее вещество, тем больше его удельная поверхность. Удельная поверхность цементов, определяемая по методу воздухопроницаемости, составляет в среднем 3000-3500 см2/г. Этот метод вполне пригоден для практических нужд и им повсеместно пользуются. Однако он не является достаточно точным, так как не отражает истинной поверхности цементных зерен, обычно имеющих развитый микрорельеф, микротрещины и микрощели.
По этой причине реальная микрогеометрическая поверхность цементной частицы во много раз больше ее кажущейся геометрической поверхности. Значительно более достоверны показатели удельной поверхности, определяемые по адсорбции азота. Согласно этим методикам, удельная поверхность современных цементов составляет в среднем около 20 000 см2/г. Нетрудно подсчитать, что суммарная поверхность цементного порошка, идущего на изготовление 1 м3 бетона при расходе цемента 400 кг/м3, составляет 800 000 м2. А если сюда добавить еще поверхность заполнителей (их удельная поверхность значительно меньше, чем цемента, но все равно ее нужно учитывать), то окажется, что поверхность частиц твердых фаз в 1 м3 бетонной смеси приближается к 1 км2.
Предположим, что при изготовлении 1 м3 бетонной смеси вводят 180-190 л воды. Теоретически такое количество воды нужно распределить на огромной поверхности твердых частиц и получить практически однородную смесь. Смешивание компонентов - одна из важнейших задач в технологии бетонов и строительных растворов. В частности, равномерное перемешивание способствует более полному и быстрому физико-химическому взаимодействию цементных частиц с водой. Вода, вводимая в бетонную смесь при ее изготовлении, должна прежде всего равномерно распределиться, при этом тончайшим слоем смочить всю суммарную поверхность цементных частиц и заполнителей.
Но вода обладает значительным поверхностным натяжением, то есть между молекулами воды, находящимися в ее поверхностном слое на границе раздела фаз, действуют значительные силы сцепления, препятствующие ее растеканию. Так как из всех геометрических тел шар обладает наименьшим отношением поверхности к объему, другими словами, отличается наиболее «экономным» развитием поверхности, то именно благодаря поверхностному натяжению жидкость в свободном состоянии стремится не растекаться в тонкую пленку, а образовывать шарообразные капли. Это мы наблюдаем повседневно при медленном выливании жидкости из какого-либо сосуда, при попадании воды на горячую поверхность (образуются отдельные капли), при растекании ртути, при выпадении дождя. Следовательно, большое поверхностное натяжение воды препятствует ее равномерному распределению на твердых частицах бетонной смеси.
Некоторые вещества, а именно поверхностно-активные (в дальнейшем ПАВ) способны существенно снижать поверхностное натяжение воды у данной поверхности раздела фаз, например, на границах раздела фаз «вода - твердое тело», «вода - воздух». Всем известный с детства пример проявления действия этих веществ - мыльные пузыри. Можно раздуть мыльный пузырь диаметром даже более 20 см. Это удается сделать потому, что на обеих сторонах тончайшей водяной оболочки пузыря находятся молекулы ПАВ. В таком состоянии слой воды не стремится сжаться, а наоборот, легко поддается растяжению, становясь как бы подобием резины.
Таким образом, добавки ПАВ, снижая поверхностное натяжение воды, тем самым облегчают равномерность ее распределения тонким слоем на поверхности твердых тел.
Добавки ПАВ существенным образом влияют на бетонные композиции как в период их приготовления, так и на стадии эксплуатации уже готовых изделий.
