Агрегатные состояния воды

 

Влажность, с точки зрения химии и физики, это вода в какой-либо форме. Агрегатные состояния воды могут быть в трех формах — твердой, жидкой и газообразной, причем при изменении формы нельзя перепрыгнуть, как правило, из твердой формы в газообразную и наоборот. Хотя, на первый взгляд, могут быть и исключения, связанные со скоростью перехода из одной формы в другую.

 

Агрегатные состояния

 

 

Относительно агрегатных состояний действуют следующие правила:

• Твердое тело плавится, т.е. становится жидким, при его нагревании.
• Каждое тело плавится при определенной температуре.
• Растворы имеют более низкую температуру замерзания и более высокую температуру кипения, чем вода (посыпка дорог солью зимой).
• Когда газы охлаждаются, они становятся жидкими => (конденсируются).
• При конденсации и затвердевании тело отдает воспринятое при плавлении и испарении тепло.
• Вода превращается в пар и без кипения.
  Конденсация: Образование пара ниже 100°С.
  Испарение при кипении: Образование пара при 100°С и более.
• Конденсация идет тем быстрее:
  — чем больше площадь испарения
  — чем выше температура
  — чем сильнее движение воздуха у поверхности
• Вблизи испаряющейся воды воздух охлаждается, т.к. у него отбирается тепло, которое необходимо для испарения.

 

Энергетический баланс изменения состояния воды

 

 

С агрегатным состоянием связан не только круговорот воды в природе, но и энергетический круговорот, который состоит в том, что тепло, которое должно быть подведено при таянии и испарении, должно быть снова отдано в атмосферу при конденсации и замерзании.

 

Диаграмма энергетического баланса изменения агрегатных состояний воды

 

 

Виды воды

 

 

Вода — это вещество, которое в повседневной жизни играет незаменимую роль.
Она заключается в:

• Необходимости для поддержания жизни людей, животных, растений.
• Она проводит электрический ток.
• Она проводит звук и тепло.
• Она растворяет большинство веществ.
• Может содержать растворенные твердые вещества, газы, кислоты и щелочи. Имеет при +4°С свою наибольшую плотность (1дм³ ~ 1кг)
• Она является предпосылкой для эрозии и осаждения почв.

 

 

Кругооборот воды в природе

 

Вода — это не объект потребления, а объект использования, и, поэтому, может снова и снова выполнять свою функцию.
То, что вода в желаемом качестве и в нужном количестве больше не всегда может использоваться неограниченно, можно отнести только за счет загрязнения нашей окружающей среды.

Рост населения, запросы цивилизации и беззаботное обращение с жизненно необходимым богатством привели к тому, что вода не может больше использоваться так, как ее предоставляет нам природа. Теперь мы должны иметь между источником воды и ее «потреблением» станцию водоподготовки.

Только гораздо позже у людей созрело мнение, что во многих смыслах загрязненная человеком вода должна быть обработана, т.е. очищена, прежде чем она поступит снова в круговорот воды в природе. Так природный кругооборот воды дополняется «водоподготовительными станциями и очистными сооружениями» для того, чтобы можно было наслаждаться и далее этим животворным веществом.

 

 

 

Вода и ее значение

 

Если ограничить многообразное значение и применение воды сектором «Строительство», то можно различать:

 

Воду как строительный материал

 

• Вода для затвердения раствора и бетона
• Для гашения извести СаО + Н₂O —> Са(ОН)₂
• Для кристаллизации гипса CaSO₄ • 2Н₂O

 

Воду как вспомогательный материал

 

• Транспортное средство
• Средство для очистки
• Средство для образования растворов NaCl + Н₂O

 

Воду как фактор человеческого комфорта

 

• Влажные помещения вызывают аллергии и определенные болезни, такие, как болезни суставов, ревматизм, туберкулез.

 

Воду как причину повреждений в зданиях и сооружениях

 

• Капиллярность
• Образование конденсата, талой воды, таяние льда
• Коррозия —> арматура в бетоне и в преднапряженном железобетоне
• Высолы —> растворимые соли транспортируются на поверхность конструкции водой
• Действие мороза —> фундаменты, дороги выпучиваются Грибки и гниль на древесине
• Агрессивные воды за счет кислот и щелочей
• Снижение теплозащитных свойств материалов (заполненные водой поры лучше проводят тепло)
• Плесень и грибки на штукатурке, кладке и древесине

 

Капиллярность

 

Как это выражает тема настоящей главы, центром тяжести рассмотрения является повреждающее действие воды. Одной из причин разрушающего действия воды является капиллярность строительных материалов. Как показывает структурограмма, капиллярность зависит от взаимодействия таких факторов как пористость, сила сцепления (когезия и адгезия).

 

Пористость

 

Основной предпосылкой является то, что большинство строительных материалов имеют поры. Вода может проникать только в пористые материалы и там скапливаться.

Преимущества пористости строительных материалов:

 

• Легкие
• Хорошо обрабатываемые и перерабатываемые
• Хорошая теплозащита
• Хорошее звукопоглощение
• Хороший воздухо- и влагообмен

 

Недостатки пористости строительных материалов:

 

• Малая прочность на сжатие и растяжение
• Повреждаются морозом
• Капиллярное всасывание
• Водопроницаемость
• Опасность разложения

 

Когезия или сила сцепления молекул

 

Когезия (cohere — держать вместе, лат.) или сила сцепления связана также с капиллярностью. В твердых материалах молекулы имеют между собой сильную связь, тогда как в жидких материалах молекулы связаны между собой значительно слабее и поэтому очень подвижны.
В воде сила сцепления молекул на поверхности называется также поверхностным натяжением. Оно так велико, что иголка или бритва плавает на поверхности воды.

 

Газы не имеют когезии, что означает их свободное рассеяние в воздухе. В грунтах сила сцепления молекул оценивается по величине углом естественного откоса.

 

Адгезия или сцепление с другими материалами

 

Не только молекулы одного материала удерживаются прочно друг с другом, но также и два различных материала сцепляются друг с другом. Это свойство называется адгезией или силой сцепления с другими материалами.

 

Адгезия имеет место между:

• Двумя твердыми материалами
• Твердым и жидким материалами
• Твердым и газообразным материалами (сигаретный дым в одежде)

 

 

 

Капиллярность в зависимости от поперечного сечения

 

 

Опыты показывают: чем меньше поперечное сечение, тем выше поднимается вода. Это явление объясняется следующим образом:

 

Связь между когезией — адгезией — силой тяжести

 

 

• Если рассматривать сечение трубочки как пору, то внутри этой поры имеет место сравнение этих усилий.
• Сила адгезии между материалами воды и стеклянной стенки направлена кверху, т.к. последняя наверху сухая.

 

Сила тяжести воды направлена вниз. Сила тяжести зависит от когезии материала. Величина области адгезии зависит от материала, хотя, несмотря на различную величину пор, почти одинакова. Область когезии, где сила тяжести сильнее чем сила адгезии, с уменьшением диаметра пор становится все меньше, так, что в случае маленьких пор соотношение сил изменяется в пользу адгезии, и, таким образом, вода может подниматься вверх.

 

Таким образом можно сказать:

• Капиллярность основана на взаимодействии когезии, адгезии и силы тяжести. Чем более пористым является материал, и чем мельче поры, тем больше капиллярность.
• Чем плотнее материал, тем меньше его капиллярность.
• Чем меньше поры и чем больше количество пор, тем больше его капиллярность.

 

Различные материалы и их капиллярность

 

 

Поэтому (в идеале) в одной стене не должны применяться различные материалы => различная способность всасывания (абсорбция) строительных материалов имеет негативные последствия. Это особенно проявляется в штукатурке.

 

Различные виды грунта и их капиллярность

 

 

Опыты показывают, что чем больше поры между отдельными частицами грунта, тем меньше капиллярность.
Например, устройство (под подошвой фундамента и под полом подвала) слоя крупного гравия для разрушения капиллярности грунта.

 

Равновесная влажность строительных материалов при температуре 10^о С и относительной влажности 50%

 

 

Вода, таким образом, может перемещаться:

• Вниз: в соответствии со своим весом
• Вбок: в соответствии со своей плотностью и разницей уровней
• Вверх: в соответствии с величиной пор и пористой структурой материала

 

Пористая структура влияет на:

• Водовосприятие
• Перемещение воды
• Степень насыщения материала водой

 

Подъем капиллярной влаги зависит от радиуса пор.

Максимальная высота подъема может быть определена по формуле:

h_max = 0.15 / R_p

где:  R_p — радиус пор в см, h — высота подъема в см.

Радиус пор:

Бетон:      R_p= около 0,02 μm до 10 μm в зависимости от водоцементного отношения и степени гидратации.
Кирпич:  R_p = около 0,01 μm до 100 μm в зависимости от температуры обжига.

Примеры:

Кирпич:  R_p = 10 μm = 0,000010 м = 0,0010 см;

h_max = 0.15 / 0.001 = 1.50 м

Бетон: R_p = 1 μm = 0,000001 м = 0,0001 см;

h_max = 0,15 /0,00010 см = 1500 см = 15 м

 

В следующей статье я я расскажу о гидроизоляции и пароизоляции при строительстве.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: