Влияние формы компонентов на интенсивность межчастичных взаимодействий в пенобетонных смесях

Скорость межчастичных взаимодействий, обеспечи­вающих переход пенобетонных смесей из вязкопластичного в упругое состояние, предопределяет их агрегативную устойчивость и качество затвердевшего бетона. Агрегативно устойчивыми принято считать такие сме­си, которые вплоть до затвердевания сохраняют в своем объеме вовлеченную при перемешивании компонентов газовую фазу. Вода в таких смесях в период начального структурообразования обеспечивает глобальную связ­ность между всеми компонентами дисперсной системы. Причем распределяется в объеме весьма неравномерно.

Причиной неравномерного распределения воды в пенобетонных смесях являются высокие адсорбцион­ные свойства ПАВ, проявляемые ими в результате во­влечения в дисперсную систему частиц газовой фазы. Цементосодержащие дисперсные системы, содержа­щие незначительное количество вовлеченной газовой фазы (до 10% по объему), становятся агрегативно не­устойчивыми при средней толщине водных пленок при­мерно 110~7м [1]. По данным В.Т. Перцева, средняя тол­щина водных пленок в пенобетонных смесях в 5—15 раз больше [2].

Сохранение агрегативной устойчивости дисперсной системы при столь существенной разнице в водосодержании возможно только потому, что крупные молекулы ПАВ в ходе перемешивания переводят значительное ко­личество межчастичной воды из объема смеси в состав жидкого кристалла пенной пленки [3]. В результате это­го процесса значительная часть свободной влаги пере­мещается из объема дисперсной системы на границу раздела газ—жидкость. Таким образом, толщина водных пленок на поверхности частиц твердой фазы существенно уменьшается, и дисперсная система оказывается способ­ной сохранять агрегативную устойчивость.

В технологии изготовления пенобетонных смесей перемещения ПАВ и межчастичной воды на границу раздела газ-жидкость происходят до тех пор, пока к компонентам смеси поступает энергия перемешивания. После укладки смесей в форму под действием гравита­ционных сил какая-то часть слабосвязанной воды может выдавливаться из ореола жидкого кристалла и перемещаться в направлении минимальной плотности дисперсной системы.

Поэтому со временем нарушается подвижное рав­новесие между количеством ПАВ в составе пенных пленок и в межчастичной жидкости, установившееся в результате перемешивания. Параллельно с этим процессом имеет место адсорбционная и химическая диспергация зернистых частиц цемента, способству­ющая общему, повышению дисперсности системы и соответственному увеличению ее внутренней энер­гии. В результате повышения дисперсности какое-то количество межчастичной воды переходит в разряд пленочной, и таким образом также замедляется про­цесс раздвижки частиц твердой фазы в слоях уложен­ной смеси. Но в нижних слоях, там, где слабосвязан­ная вода была выдавлена гравитационными силами,

повышается концентрация ПАВ, ведущая к пониже­нию упругих свойств жидкой фазы [4] и ослаблению вязких связей между компонентами.

Повышение концентрации ПАВ в нижних слоях пе­нобетонных смесей практически неопасно до тех пор, пока не достигнута критическая концентрация мицеллобразования (далее ККМ), вызывающая коалесценцию, т. е. разрыв структуры жидких кристаллов и объ­единение мелких пор в крупные. Скачкообразная пере­стройка структуры материала в период преобладания вязких связей между компонентами всегда отрицатель­но влияет на механические свойства затвердевшего ма­териала. Поэтому так важно сохранение всей вовлечен­ной при перемешивании газовой фазы внутри бетонной смеси. Удержание газовой фазы возможно до тех пор, пока силы связи между дисперсными частицами выше напряжений растяжения, возникающих в межпоровых перегородках под действием выталкивающей силы, раз­виваемой газовыми включениями. Следовательно, ре­цептура высококачественных пенобетонных смесей должна обеспечивать такую скорость набора прочнос­ти, при которой будет исключена возможность утраты ими газовой фазы и расслоения.

Анализ причин утраты агрегативной устойчивости дисперсных систем показывает, что скорость их рассло­ения (V) [5] прямо пропорциональна квадрату радиуса частиц дисперсной фазы (г) и разности плотностей час­тицы (ρf) и среды (ρs), обратно пропорциональна вязко­сти среды (η):