Вода, содержащаяся в бетоне, может быть в связанном состоянии и в свободном. Так называемая свободная вода находится в порах и пустотах бетона и сравнительно быстро испаряется при повышении температуры и увеличении возраста бетона.
К связанной воде относятся [26]:
а) химически связанная вода, образующаяся в результате химического взаимодействия цемента с водой;
б) адсорбционно связанная вода в виде тонких пленок, адсорбированных на поверхности твердых частиц бетонной смеси; она не входит в химическое взаимодействие с цементом, но ее нельзя удалить из бетона обычным высушиванием при 100° С [27];
в) механически связанная вода, находящаяся под действием капиллярных сил. Она удаляется из бетона при температуре 100° С.
Количество химически связанной воды зависит от степени гидратации данного вида цемента:
(1.2)
где W (т)наКс — количество связанной воды при полной гидратации цемента; W (τ) — количество связанной воды в возрасте бетона τ дней; Г — степень гидратации.
Таким образом, количество связанной воды можно найти по степени гидратации цемента. Методы определения связанной воды, а также прямые (петрографические) методы определения степени гидратации цементов изложены в справочной и учебной литературе [26, 28]. Общее количество воды, которое связано химически и физико-химически (в виде воды геля), по данным работ [29—31], колеблется в зависимости от состава портландцемента в пределах от 0,47 до 0,52 л на 1 кг цемента. Следовательно, объем воды, связанной цементным камнем, в среднем равен 0,5.
При испарении воды из бетона учитывается обычно некоторая зона испарения, т. е. объем материала, участвующего в отдаче воды. По мере углубления зоны испарения вода диффундирует не непосредственно в воздух, а через слой бетона. Считают, что на глубину 0,02—0,1 м бетон обезвоживается быстро, от нескольких часов до нескольких суток; более глубокие слои теряют воду годами. В работах [32, 33] указывается, например, что защита толщиной 2,4 м теряет половину связанной воды за 30—80 лет. Это не слишком оптимистические результаты, поскольку поверхность раздела твердое тело — жидкость в бетоне годичного возраста достигает огромной цифры — 106 м в 1 м3 бетона [27 ]. Толщина пленок физически связанной (адсорбционной) воды в среднем 1,5· 10~7 м, следовательно, после 30 лет в бетоне останется 75 кг/м3 адсорбционной воды плюс 30% химически связанной. При расходе цемента 300 кг/м3 суммарное количество воды будет около 160 кг/м3, или 8,3% веса обычного бетона.
При повышении температуры потеря воды бетонами несколько возрастает, однако экспериментальных данных по обезвоживанию больших бетонных массивов при нормальной и повышенной температуре нет. Во время строительства реакторов атомной электростанции в Хинкли-Пойнте (Англия) в бетонную защиту были заложены влагомеры, термопары и тензометры [34]. Предполагалось изучить движение влаги в зависимости от температурного режима. Однако результаты экспериментов не опубликованы.
Опыты по изучению количественной потери воды из бетонов проводили лишь на незначительных по размерам образцах [17, 22].
Обобщая результаты исследований количественной потери воды бетонами, можно констатировать, что этот вопрос к настоящему времени недостаточно изучен. Количество воды, остающееся в бетонах, точно не известно.
Рис. 1.6. Зависимость количества воды в жаростойких бетонах от температуры (состав см. в приложении II):
1 — шамотный с гематитом; 2 — шамотный; 3 — серпентиновый с гематитом (микронаполнитель — шамот); 4 — то же (микронаполнитель — серпентин); 5 — серпентиновый.
Для ориентировочных расчетов защиты рекомендуется принимать потерю воды и уменьшение плотности бетонов в соответствии с приложением IV, где количество воды в различных бетонах для каждой температуры 'рассчитано по табл. 1.4 или в соответствии с рис. 1.6. Данные табл. 1.4 и рис. 1.6 учитывают главным образом химически связанную воду и часть адсорбционной воды [22]. Свободную воду вследствие неопределенных ее весовых содержаний не следует учитывать в расчетах. Эта вода, безусловно, еще остается в бетонах и идет в запас их защитной способности. Для всех бетонов, которые работают при температурах выше 800° С, количество связанной воды условно принимается равным нулю.
Таблица 1.4
Количество связанной воды в затвердевшем цементном тесте (%) от веса сухого цемента *
Цемент | Количество воды при температуре, °С | |||||
20 ** | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | |
Портландский . . | 39,4 | 39,4 | 24,6 | 23,2 | 19,8 |
|
Глиноземистый | 35,5 | 35,5 | 28,2 | 22,3 | 14,9 | — |
Гипсоглиноземистый .. | 50,2 | 40,3 | 26,3 | 20,1 | 10,2 | 6,7 |
Магнезиальный | 50,0 | 48,0 | 42,3 | 39,4 | 31,0 |
|
* По данным работ [16, 22, 29, 30].
** Указана температура влажной среды, в которой образцы выдерживались около 6 месяцев. Водо-цементное отношение равно 0,5.
