Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
А- АА АБ АВ АГ АД АЕ АЖ АЗ АИ АЙ АК АЛ АМ АН АП АР АС АТ АУ АЦ

Адсорбционно связанная вода

 
Адсорбционно связанная вода удаляется путем превращения ее в пар, который перемещается внутри высушиваемого материала.
Схематические изотермы сорбции водяного пара для поверхностей. гидрофильной ( /, гидрофобной ( / / / и промежуточной ( / /. Адсорбционно связанная вода в основном представлена мономолекулярным слоем на внутренних и внешних поверхностях капиллярнопористого тела.
Адсорбционно связанная вода в основном соответствует мономолекулярному слою. Здесь различаются гидрофильные, промежуточные и гидрофобные поверхности.
Адсорбционно связанная вода, которая в основном соответствует мономолекулярному слою.
Схематические изотермы сорбции водяного пара для поверхностей. гидрофильной ( /, гидрофобной ( / / / и промежуточной ( / /. Адсорбционно связанная вода в основном представлена мономолекулярным слоем на внутренних и внешних поверхностях капиллярнопористого тела.
Адсорбционно связанная вода обладает рядом свойств, которые отличают ее от обычной воды. Одним из этих свойств является неспособность к растворению ею электролитов и других растворимых веществ, например сахара, что было использовано А. В. Думанск им [ 29 а ] при разработке методов определения количества связанной воды.
Адсорбционно связанная вода, соответствующая в основном мономолекулярному слою.
Теплоемкость адсорбционно связанной воды меньше единицы, а ее электропроводность практически равна нулю по сравнению с электропроводностью свободной воды.
Для удаления адсорбционно связанной воды необходимо затратить энергию на отрыв ее молекул от поверхности кокса [ подсчитывается по формуле ( 9) ] и на фазовое превращение воды.
Изменение температуры и электросопротивления цементного геля и бетонной смеси в период замораживания.| Кинетика электрического сопротивления цементного геля ( камня. Как известно, температура замерзания адсорбционно связанной воды понижается с увеличением энергии ее взаимодействия с поверхностью твердой фазы и повышением концентрации растворенных веществ. По мере охлаждения при температуре ниже 272 - 271 К в лед постепенно переходят периферийные слои воды сольват-ных оболочек ( диффузная вода), в связи с чем содержащиеся в ней ионные комплексы отжимаются льдом к поверхности частиц цемента и скапливаются в тех слоях, которые замерзают позже или вовсе не замерзают. Ьсли в какой-либо поре цементного геля при замерзании не связанной воды образовался кристалл льда, то он начинает расти по мере замерзания диффузной воды и миграции ее из примыкающих капилляров.
Под / Соп будем подразумевать такое количество адсорбционно связанной воды, при которой практически достигается относительно полное обводнение частиц цемента и агрегатов из них, в процессе вытеснения молекул газов с их поверхности; Х - В / Ц: Кн.
При этом необходимо отметить, что не вся адсорбционно связанная вода имеет одинаковые свойства. Наиболее прочно связан с материалом мономолекулярный слой воды. Поэтому и свойства воды этого слоя наиболее резко отличаются от свойств обычной воды. Последующие слои адсорбционной воды удерживаются менее прочно и свойства их постепенно приближаются к свойствам свободной воды.

Представляет интерес вопрос о разграничении внешней части граничного слоя, адсорбционно связанной воды и осмотически связанной воды. Данные по набуханию каолинита в воде [124] ясно показывают, что переход от граничного слоя к осмотически связанной воде диффузен: в интервале значений толщины / i 2 5 - f - 5 нм наряду со структурной проявляется также ионно-электростатическая составляющая расклинивающего давления, ответственная за осмотически связанную воду.
Представляет интерес вопрос о разграничении внешней части граничного слоя, адсорбционно связанной воды и осмотически связанной воды. Данные по набуханию каолинита в воде [124] ясно показывают, что переход от граничного слоя к осмотически связанной воде диффузен: в интервале значений толщины Л 2 5 - 5 нм наряду со структурной проявляется также ионно-электростатическая составляющая расклинивающего давления, ответственная за осмотически связанную воду.
Схема проникновения газа в скважину. Контракция в системе глина - вода в основном определяется свойствами адсорбционно связанной воды, удерживаемой молекулярными силами на поверхности глинистых частиц.
Явление контракции в системе глина - вода в основном определяется свойствами адсорбционно связанной воды, удерживаемой молекулярными силами на поверхности глинистых частиц.
Схема строения крупной гидратированной частицы многокомпонентного сырьевого шлама. Молекулы воды, ориентированные вокруг заряженной глинистой частицы, образуют пленку адсорбционно связанной водой, которая находится в ином физическом состоянии, чем капель-но-жидкая. Диполи воды, соприкасающиеся с поверхностью кристаллов, взаимодействуют с электрическими зарядами на этой поверхности и располагаются в определенном порядке, приближающемся к порядку расположения кислородных атомов на поверхности, вследствие чего структура слоя воды становится близкой к структуре данного кристалла. Толщина такого слоя ( нежидкой воды) изменяется от 1 до 10 нм и составляет от 4 до 40 молекулярных слоев. Пленка нежидкой воды, входящей в диффузный слой, обладает свойствами псевдотвердого тела. Она не способна увеличивать текучесть шлама и создает дополнительное сопротивление.
Окись железа во многих рудах, применяемых в качестве пигментов, содержит значительное количество адсорбционно связанной воды. Эти руды известны под названием гидрогематитов. Так называемые охристые разновидности гидрогематитов представляют собой мягкую порошкообразную массу, цвет которой колеблется от ярко-красного до красно-бурого.
Окись железа во многих рудах, применяемых в качестве пигментов, содержит значительное количество адсорбционно связанной воды. Эти руды известны под названием гидрогематитов. Так называемые охристые разновидности гидрогематитов представляют собою мягкую порошкообразную массу, цвет которой колеблется от яркокрасного до красно-бурого.
На рис. 106 по оси абсцисс нанесена концентрация СаС12, по ординате - количество адсорбционно связанной воды и соответствующий - потенциал. Кривая / дает количество связанной воды, кривая 2 - величину электрокинетического потенциала.
Окись железа во многих рудах, применяемых в качестве пигментов, содержит значительное количество адсорбционно связанной воды. Эти руды известны под названием гидрогематитов. Так называемые охристые разновидности гидрогематитов представляют собой мягкую порошкообразную массу, цвет которой колеблется от ярко-красного до красно-бурого.
Окись железа во многих рудах, применяемых в качестве пигментов, содержит значительное количество адсорбционно связанной воды. Эти руды известны под названием гидрогематитов. Так называемые охристые разновидности гидрогематитов представляют собой мягкую порошкообразную массу от ярко-красного до красно-бурого цвета.
Вода, заключенная в капиллярах, является свободной водой, за исключением тончайшего слоя адсорбционно связанной воды у стенок капилляра. Однако давление пара в капилляре отличается от давления паров над плоской поверхностью.
Изменение гидрофильных характеристик любого из указанных глинистых минералов возможно при условии искусственного диспергирования, обжига, кислотной активации, замещения определенными обменными катионами и др. Исходя из предположения, что частицы глины покрываются мономолекулярным слоем воды, можно определить количество адсорбционно связанной воды.
Из данных, представленных в табл. 8.11, следует также, что введение наиболее популярных противоморозных добавок приводит к увеличению дисперсности составляющих цементного камня; это благоприятно сказывается на его микроструктуре. Соответственно растет и количество адсорбционно связанной воды.

Наш опыт изучения гидратационных характеристик слоистых силикатов [66] позволяет, однако, связывать с гидратацией ионов-компенсаторов появление только внутренней части граничного слоя связанной воды. Принятие этой концепции позволяет объяснить большую толщину слоя адсорбционно связанной воды для каолинита по сравнению с мусковитом. Причину появления внешней части граничного слоя мы, как уже указывалось, склонны объяснять структурной необходимостью существования промежуточного слоя между адсорбционно и осмотически связанной водой. Правомочность этого объяснения, кроме всего прочего, подтверждается сильным влиянием гидрофильности - гидрофобности поверхности на развитие структурных сил.
Это находится в полном соответствии с выводом о гидро-филизации твердой фазы при удалении адсорбированного и микродисперсного воздуха в процессе вакуумирования. Действительно, дополнительная адсорбция воды при вакуумировании увеличивает количество адсорбционно связанной воды на поверхности вакуумированной глины при достижении второй критической точки в процессе сушки.
Термограммы Cu-формы пыжевского монтмориллонита после гидротермальной обработки. Несмотря на начинающиеся изменения в степени окристаллизованнос-ти частиц в сторону ее увеличения ( рис. 1), поверхностная активность глины еще достаточно велика. Как показывает анализ термограмм, первые эндоэффекты, характеризующие удаление адсорбционно связанной воды ( рис. 2), практически не изменяются и даже во втором и третьем случае смещаются в сторону более высоких температур.
Для всех составов, за исключением двух, наблюдается некоторое понижение температуры удаления этой влаги, а также глубины эндоэффектов по мере увеличения содержания Na-формы в смеси. Для этой смеси температура пика 1-го эндотермического эффекта равна 160, он очень глубок, а количество адсорбционно связанной воды также повышается по сравнению с соседними составами смесей. Характеристики этих кривых являются аномальными и выпадают из общей закономерности понижения температуры удаления адсорбционно связанной воды и ее количества с падением содержания Са-формы и ростом Na-формы в бикатинной смеси.
Хотя среднее значение свободной энергии связи воды в структуре - больше, чем для адсорбционной воды, замечено также, что удаление адсорбционно связанной воды зачастую происходит позже, чем гидратной.
Зависимость между усадкой и потерей воды цементного камня из цемента с добавкой порошкообразного кремнезема при твердении в течение 7 суток при 20 С с последующим высушиванием ( цифры на кривых - содержание цемента в %. В / Ц), даже после полной гидратации цемента имеется определенное содержание капиллярной влаги. Удаление капиллярной влаги вначале не сопровождается усадкой системы, однако после того, как свободная вода удалена из цементного камня, начинается удаление адсорбционно связанной воды, которое сопровождается усадкой, протекающей с теми же закономерностями, что и в чистом цементном камне. Поэтому участки кривых на рис. 6.12, характеризующие усадку за счет удаления адсорбционно связанной воды, имеют одинаковый наклон для смесей с различным содержанием цемента. Бетоны, в которых свободная вода содержится в крупном заполнителе или в больших порах и дефектах структуры, характеризуются большим разнообразием форм кривых усадки.
Усадка ло сечению элемента неодинакова из-за неравномерного высыхания. С участков бетона, расположенных ближе к поверхности, к моменту нагрева удаляется подавляющая часть свободной воды и воды макро - и микрокапилляров, а также какая-то часть адсорбционно связанной воды.
Гидрофильность глинистых минералов оценивается различными формами связанной воды. По величине и природе энергии связи воды П. А. Ребиндер различает следующие формы связи: 1) химически связанная вода в виде гидроксильных ионов в гидратах и вода кристаллогидратов; 2) адсорбционно связанная вода; 3) капиллярно связанная вода; 4) свободная вода, механически захваченная дисперсной структурой и заполняющая поровое пространство.
Химически связанная вода обладает наибольшей энергией связи с материалом и при сушке не удаляется. К физико-химически связанной влаге относят адсорбционно связанную и осмотически связанную воду. Адсорбционно связанная вода удерживается на внешней и внутренней поверхности коллоидных частиц ( мицелл) адсорбционными ( молекулярными) силами. Адсорбция воды мицеллами тела сопровождается выделением тепла и контракцией ( сжатием) системы. Адсорбционно связанная вода по своим свойствам ( плотность, теплоемкость и др.) отличается от свободной воды. Максимальное количество тепла выделяется при образовании первого слоя сорбированной влаги - мономолекулярного слоя, при образовании последующих полимолекулярных слоев прочность связей и выделение тепла уменьшаются.
В результате прочной связи адсорбционной влаги с материалом изменяются и физические свойства этой влаги. Адсорбционная вода имеет более низкую температуру замерзания, больший удельный вес и значительно меньшую диэлектрическую проницаемость. Так, например, адсорбционно связанная вода торфа имеет удельный вес 1 3 - 2 4, замерзает при температуре - 70 С, диэлектрическая проницаемость ее 2 2 вместо 81 у обычной свободной воды. Электропроводность адсорбционной воды практически равна нулю в отличие от электропроводности свободной воды.
Влияние содержания цемента в смеси на начальную усадку бетона по испытаниям на воздухе в условиях 50 % относительной влажности. Изменение объема высыхающего бетона не равно объему удаленной из него воды. Потеря бетоном первых порций свободной воды не вызывает усадки или же вызывает незначительную усадку. При дальнейшем высыхании начинается удаление адсорбционно связанной воды. Этот процесс сопровождается изменением объема цементного камня, величина которого равна приблизительно объему мономолекулярного слоя воды, обволакивающего все частицы цементного геля.
Кривые ДТА исходных образцов.
По минералогическому составу порошок относится к кальциево-магниевым глинам. На кривой нагревания / ( рис. 71) наблюдаются три эндотермических эффекта, характерных для монтмориллонитовых глин. Первый эндоэффект наблюдается при 140 С, что обусловлено выделением адсорбционно связанной воды. Второй эндоэффект связан с потерей гидросиликатных групп решетки минерала, а третий - слабый при 800 С - с удалением остатков гидросиликатных групп.
Таким образом, для удаления капиллярно связанной воды также необходимо предварительно затратить определенную энергию на отрыв молекул от пристеночной пленки, хотя и меньшую, чем для отрыва полимолекулярного слоя жидкости от поверхности твердого тела. Для удаления из пор свободной, капиллярной и адсорб-ционио связанной воды вследствие неодинаковой прочности связей молекул воды с коксом требуется различная степень его нагрева. Свободная вода удаляется в сушильном шкафу при 105 С, капиллярная и адсорбционно связанная вода - при 350 С. Чем меньше радиус капилляра, тем меньше давление пара над мениском жидкости и тем большую энергию необходимо затратить для удаления воды из капилляров.
Таким образом, для удаления капиллярно связанной воды также необходимо предварительно затратить определенную энергию на отрыв молекул от пристеночной пленки, хотя и меньшую, чем для отрыва полимолекулярного слоя жидкости от поверхности твердого тела. Для удаления из пор свободной, капиллярной и адсорб-ционно связанной воды вследствие неодинаковой прочности связей молекул воды с коксом требуется различная степень его нагрева. Свободная вода удаляется в сушильном шкафу при 105 С, капиллярная и адсорбционно связанная вода - при 350 С. Чем меньше радиус капилляра, тем меньше давление пара над мениском жидкости и тем большую энергию необходимо затратить для удаления воды из капилляров.
В / Ц), даже после полной гидратации цемента имеется определенное содержание капиллярной влаги. Удаление капиллярной влаги вначале не сопровождается усадкой системы, однако после того, как свободная вода удалена из цементного камня, начинается удаление адсорбционно связанной воды, которое сопровождается усадкой, протекающей с теми же закономерностями, что и в чистом цементном камне. Поэтому участки кривых на рис. 6.12, характеризующие усадку за счет удаления адсорбционно связанной воды, имеют одинаковый наклон для смесей с различным содержанием цемента. Бетоны, в которых свободная вода содержится в крупном заполнителе или в больших порах и дефектах структуры, характеризуются большим разнообразием форм кривых усадки.
Для всех составов, за исключением двух, наблюдается некоторое понижение температуры удаления этой влаги, а также глубины эндоэффектов по мере увеличения содержания Na-формы в смеси. Для этой смеси температура пика 1-го эндотермического эффекта равна 160, он очень глубок, а количество адсорбционно связанной воды также повышается по сравнению с соседними составами смесей. Характеристики этих кривых являются аномальными и выпадают из общей закономерности понижения температуры удаления адсорбционно связанной воды и ее количества с падением содержания Са-формы и ростом Na-формы в бикатинной смеси.
Другой причиной уменьшения объема бурового раствора в скважине является контракционный эффект в системе глина - вода. Контракция свойственна многим твердым телам в водной среде и сопровождается сокращением суммарного объема смешиваемых веществ. Явление контракции в системе глина - вода обусловлено протеканием сорбционных процессов и определяется свойствами адсорбционно связанной воды. Часть воды при взаимодействии с глиной связывается на поверхности глинистых частиц молекулярными силами и приобретает повышенную плотность. В результате адсорбирования части воды объем ее в системе, а следовательно, и общий объем системы уменьшаются.
При постоянной нагрузке на бетон в течение длительного времени пластические деформации нарастают и могут превысить в 3 - 3 5 раза начальную упругую деформацию. Этот процесс именуется ползучестью бетона. Принято считать, что ползучесть бетона связана с наличием в цементном камне гелевой структурной составляющей, содержащей адсорбционно связанную воду. Под нагрузкой гелевая составляющая необратимо деформируется в результате потери межплоскостной воды.
Меньшее число межмолекулярных водородных связей, в которых ( в среднем) участвует молекула воды, наряду с наличием противоионов приводит к понижению температуры замерзания граничного слоя. По данным [83, 103, 127], основная масса воды в дисперсиях Li - и Na-монтмориллонита замерзает в интервале от - 3 до - 5 С. Однако даже при - 10 С около 0 3 г Н2О на 1 г глины ( что примерно соответствует количеству адсорбционно связанной воды при p / ps - 0 9) еще остается незамерзшей.
Объяснить давление набухания только образованием сольват-ных слоев нельзя, так как это количество воды очень мало сравнительно с общим изменением объема. Иначе обстоит дело при набухании крахмала. В этом случае нет длинных, легко распрямляющихся мицелл, и количество воды набухания далеко не так сильно превышает количество адсорбционно связанной воды. Образующиеся сольватные слои дают давление лишь в начальный период набухания ( но давление здесь очень велико); в этом случае происходят явления, описанные Дерягиньш 3 под названием расклинивающего действия.
Температурная деформация расширения бетона в основном зависит от вида заполнителя и влажности бетона. При нагреве заполнитель расширяется. При нагреве до 100 - 200 С происходит расширение цементного камня, которое при более высоких температурах пропадает из-за температурной усадки, вызванной удалением адсорбционно связанной воды из геля. При нагреве бетона с большой влажностью наблюдаются деформации расширения, так как удаление свободной воды не вызывает усадки до тех пор, пока влажность бетона выше эффективной. При эффективной влажности бетона, примерно равной 2 - 3 %, гель имеет максимальную степень увлажнения, но свободная вода отсутствует.
С кривыми скорости сушки исследуемых глин гармонируют кривые усадки ( см. рис. 6), показывающие, что последняя происходит лишь в периоде постоянной скорости и заканчивается при влажности, приблизительно равной первому критическому влагосодержанию. Тот факт, что вакуумирование пластичных бескудниковской и кучинской глин значительно понижает их усадку как по абсолютной величине, так и по интенсивности, характеризуемой коэффициентом линейной усадки, несомненно объясняется уплотнением массы в процессе вакуумирования. Вместе с тем можно предположить, что изменение коэффициента линейной усадки, который для данного материала при неизменном режиме сушки является величиной постоянной, обусловливается изменением характера связи влаги с материалом. Увеличение адсорбционно связанной влаги за счет капиллярной должно уменьшить количество усадочной воды, поскольку адсорбционно связанная вода удаляется в период падающей скорости сушки, когда усадки практически не происходит.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11