Строение двойного электрического слоя

Адсорбционный процесс приводит к мгновенному формированию в межфазной зоне цементной системы двойного электрического слоя (ДЭС). В теории бетоноведения в качестве иллюстрации начальной стадии процесса используется, как правило, предложенная Штерном схема строения ДЭС, предусматривающая концентрацию и удерживание части зарядов (ионов, диполей) у поверхности активной твердой фазы. При этом, по мнению автора, образуется своеобразный плоский конденсатор, одна из обкладок которого совпадает с плоскостью, проходящей через поверхностные заряды твердой фазы, а другая — с плоскостью, соединяющей центры тяжести притянутых электростатическими силами зарядов в виде ионов или диполей (так называемый гельмголь- цевский слой) и диффузное (с постепенно убывающей плотностью) распределение заряда в жидкую среду (рис. 2.6).

Схема образования двойного электрического слоя [7]

Рис. 2.6. Схема образования двойного электрического слоя [7]:

АБ — поверхность твердого тела; KF — граница неподвижного слоя молекул жидкости (НС); ДЕ — внешняя граница слоя ориентированных молекул жидкости (ВО); Ж — жидкая фаза; С, — электрокинетический потенциал; е — полный термодинамический потенциал

И хотя данная схема, в общем-то, дает качественно правильную картину двойного электрического слоя, согласуется с опытными данными и вполне применима для практических целей, нельзя не отметить следующие вызывающие вопросы позиции:

  • 1) представленная схема в большей степени характерна для относительно однородных (например, металлических) структур, характеризующихся сравнительно плоскостным распределением зарядов, что вряд ли может быть распространено на полиминеральные, обработанные в помольных аппаратах клинкерные зерна;
  • 2) несложно заметить равновесность (соответствие зарядов твердой и жидкой фаз) гельмгольцевского слоя, определяющего устойчивость и стабильность сформировавшегося ДЭС и неопределенность природы и пути ее дальнейшего развития;
  • 3) схема не учитывает давно установленный и неопровержимый факт — рассредоточенность (неравномерность, избирательность) адсорбции молекул воды различными минеральными (по всей вероятности и металлическими) твердыми фазами.

Отмеченные моменты свидетельствуют о недостаточно полном отражении данной схемой двойного слоя реально протекающего в отвердевающей цементной системе процесса. Это обстоятельство и является причиной того, что подобная информация о строении и свойствах ДЭС носит какой-то ознакомительный и отвлеченный характер и практически не используется в описании сущности взаимодействия цементных минералов с водой, структурообразования и твердения цементных композитов. Выполненный анализ исследований в области поверхностных явлений, особенностей адсорбции, структуры и свойств граничной воды дал основание считать строение двойного слоя, близкое к представленной на рис. 2.7, а схеме.

J. Динамика развития переходного энергетического комплекса

Рис. 2J. Динамика развития переходного энергетического комплекса:

  • 1 — адсорбционный центр; 2 — дипольный свод; 3 — активный центр;
  • 4 — исходное цементное зерно; 5 — адсорбционный слой диполей;
  • 6 — негидратированный массив зерна; 7 — остаточный активный центр; 8 — гидросиликатный продукт

Неравновесность системы определяется, с одной стороны, избирательной адсорбцией молекул воды, формированием полимолекулярных пористых структур с наличием под дипольными сводами огромного количества энергетически не насыщенных активных центров. С другой — полимолекулярный слой адсорбированных диполей весьма подвижен. Здесь уместна фраза авторов [48] (относящаяся, правда, к глинистым минералам, однако достаточно точно отражающая сущность явления в вяжущих композициях): твердая фаза и связанные с ней молекулы воды «представляют собой динамическую систему, в которой происходят постоянное нарушение и возобновление структуры». По мере удаления от подложки молекулы воды приобретают все большее тепловое колебательное и вращательное движение, и накапливают энергию, достаточную для разрыва водородных связей и освобождения «от опеки соседей» диполей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >