Итак, круг замкнулся. Отверждение гипса очевидным образом обусловлено связыванием воды, удаление» которой автоматически означает полное разрушение формованного гипсового изделия. Однако преждерро-менно утверждать, что именно связанная вода обеспечивает прочность образца. Возможно, что в данном случае она играет лишь роль посредника при включении истинного механизма сцепления частиц гипса в затвердевшем материале. Забегая вперед, скажем, что так оно и есть па самом деле.[ ...]
Нечто подобное наблюдается в твердеющих глинах.[ ...]
В отличие от гипса процесс твердения глины не приводит к появлению широкого спектра, характерного для жестко связанной воды. На всех стадиях сушки спектр ЯМР воды в глине не отличается от спектра обычной жидкой или капиллярной воды: это очень узкая резонансная линия шириной около 100 Гц, амплитуда которой по мере высушивания постепенно падает. При температуре немного выше 100°С образец может быть высушен полностью: узкий сигнал практически исчезает, и остается лишь более широкая одиночная линия шириной около 5 кГц от протонов гидроксильных групп каолинита. Образец приобретает значительную прочность, сохраняющуюся при повышении температуры. Следовательно, эта прочность не может быть связана ни с присутствием молекул связанной воды (как в гипсе), пи с присутствием пленок адсорбированной воды (как в исходной глине).[ ...]
Таким образом, в достижении высокой конечной прочности высушенного глиняного изделия принципиальную роль играют пленки воды. Однако водные пленки — в .данном случае зто- очевидно — лишь средство достижения взаимно сцепленного состояния глинистых частиц, в котором сами молекулы воды на конечном этапе не принимает участия. Но на всех промежуточных стадиях сушки глины молекулы воды, как п в гипсе, вероятно, участвуют в возникновении сцепления, поскольку и сырая глина обладает некоторой, хогя и пониженной, прочностью. Остается неясным, как может сочетаться конечная величина сопротивления сдвигу с жидким состоянием воды, смачивающей каолинитовые частицы. Во всяком случае, спектр ЯМР не оставляет сомнения в том, что здесь, в отличие от гипса, речь может идти только о жидком состоянии воды.[ ...]
Отметим в заключение, что дальнейший отжиг керамического изделдя уже не имеет отношения к связанной воде. При нагревании примерно до 450—500°С гидроксильпые группы отщепляются и между частицами образуются ковалентные связи. При этом происходит «спекание» или «сплавление» образца, в Монолит — влагоупорную керамику, прочность и долговечность которой много выше прочности высушенной глины.[ ...]
Третий актуальнейший пример использования «реакций» с водой для получения практически важных веществ — производство цементного камня.[ ...]
В химическом плане цементное сырье — это довольно широкий набор гидросиликатов кальция, обладающих различным кристаллическим строением.1 Общим свойством всех компонентов цементного клинкера -является то, что после увлажнения (эту операцию называют «затворе-нием водой») "цемент превращается в тесто, которое твердеет и со временем приобретает механическую прочность. Процессы твердения и в данном случае, по существу, сводятся к гидратации набора компонентов цемента. Но что именно обеспечивает высокую прочность конечного продукта — бетона? Трудно себе представить, что одни и те же связи с участием молекул воды в случаях гипса и цемента могут давать столь различные по прочности материалы.[ ...]
Обнаружение низкотемпературной диффузионной подвижности молекул воды в образцах цементного камня и отсутствия какой-либо подвижности воды в гипсе представляет результат, который заранее нельзя было предсказать. Одновременно возникает вопрос, каким образом физически может реализоваться динамическое состояние воды в твердом теле. Ввиду сложности самого объекта — цементного камня — рассмотрим динамику воды в менее популярных, зато однородных, чистых гидратированных веществах.[ ...]
Жесткая укладка атомов, а вместе с ними и молекул воды в гипсе, очевидно, не может вызывать удивления, сравнительно же высокие температуры дегидратации либо плавления (при очень быстром нагреве до 130°С гипс буквально вскипает), по ?сей вероятности, указывают на большую энергию связи молекул в дап-ном соединении, чем во льду. Но жесткая локализация не исключает возможности обмена молекул местами, всевозможных прыжков и других процессов, приводящих к диффузии. Частота диффузионных прыжков растет<с температурой по закону Аррениуса, а при данной температуре — обратно пропорциональна силе связи молекул воды с окружением.[ ...]
В скобках приведены значения температур, начиная с которых наблюдается узкий спектр ЯМР протонов воды, указывающий на динамическое состояние молекул (диффузию). Прочерк поставлен в тех случаях, когда спектр не сужается до плавления гидратов, происходящего в области 310—330 К.[ ...]
Вернуться к оглавлению