Гидрофизические свойства строительных материалов

Гидрофизические свойства. Эта группа свойств материалов показывает их отношение к воде. Различают три формы связи воды с твердыми материалами: химическую, физико-химическую и физико-механическую.

Наиболее сильная химическая связь устанавливается в результате реакций гидратации или при образовании кристаллогидратов. Она характерна, например, для гидроксида кальция Са(ОН)2 или полуводного сульфата кальция Са5О4-0,5Н2О — основных компонентов извести и гипсовых вяжущих. При образовании химической связи вода входит в состав нового вещества и не удаляется при испарении.

Физико-химическая связь воды устанавливается в результате адсорбции или осмоса. При этом на поверхности материала удерживаются тонкие слои воды, обладающие особыми свойствами, приближающимися к свойствам упругого твердого тела. Образование адсорбционных слоев водь! приводит к изменению ряда свойств твердых тел — их пластификации, понижению твердости, набуханию.

Основная масса физико-механически удержанной воды свободная и сохраняет свои свойства. Этот вид связи наиболее слабый, он разрушается при испарении воды, отжатии ее механическими и другими способами.

Взаимодействие воды, так же как и других жидкостей, с поверхностью твердого тела проявляется в смачивании, обусловленном силами молекулярного взаимодействия твердых тел с жидкостями. Оно вызывает растекание жидкости по поверхности и пропитывание пористых тел и порошков. Смачивают твердую поверхность только жидкости, которые уменьшают поверхностное натяжение на границе с воздухом. Вода, например, смачивает материалы с высокополярной химической связью: бетон, керамику, горные породы и др. Не смачиваются материалы со слабым межмолекулярным взаимодействием в поверхностном слое — многие полимеры, битумы и др.

Свойство материалов смачиваться водой называется г и д-рофильностью, не смачиваться — г и д р о ф о б н о с т ь ю. Мерой смачиваемости является краевой угол ср, образуемый на твердой поверхности каплей жидкости. Для гидрофильных материалов угол ф острый, для гидрофобных — тупой. Степень гидрофильности и гидрофобности материалов можно существенно изменять путем воздействия на их поверхность адсорбирующихся ПАВ. Характерным примером гидрофобизации является получение гидрофобного цемента путем измельчения его в присутствии добавок — жирных кислот или их солей.

Пористые гидрофильные материалы обладают гигроскопичностью— способностью поглощать воду из воздуха. Гигроскопичность обусловлена адсорбцией воды на поверхности и в микрокапиллярах материала. Она измеряется отношением количества поглощенной влаги к массе материала и увеличивается с возрастанием влажности и уменьшением температуры окружающей среды. Гигроскопическая влажность колеблется в зависимости от особенностей структуры материалов: для песка она достигает 4—9%, керамических стеновых материалов 5—7, древесины 12—18, ячеистых бетонов 20% и более. Гигроскопическое увлажнение приводит обычно к неблагоприятному изменению ряда свойств строительных материалов, например снижению активности цемента, набуханию древесины и снижению ее прочности, увеличению теплопроводности теплоизоляционных материалов.