وجود آب در سیمان هیدراته شده مکرراً ذکر شده است. در واقع خمیر سیمان به دلیل خاصیت نمگیری پودر سیمان، همراه با وجود منافذ بی نهایت ریز در آن، جاذب الرطوبه است. مقدار واقعی آب خمیر به رطوبت هوا بستگی دارد. به ویژه به دلیل اندازه نسبتا بزرگ منافذ مویینه، موقعی که رطوبت نسبی هوا به کمتر از حدود ۴۵ درصد می رسد، آب آنها تخلیه می شود25-1، اما حتی در رطوبت های بسیار کم محیط نیز، آب جذب سطح منافذ ژلی می گردد.
به این ترتیب مشاهده می شود آب همراه خمیر سیمان درجات پایداری متفاوتی دارد. در یک طرف طيف، آب آزاد وجود دارد و در طرف دیگر، آب به صورت ترکیبی شیمیایی ظاهر می شود که قسمت معینی از ترکیبات هیدراته شده را تشکیل می دهد. در بین این دو کرانه، آب ژل با درجات پایداری متغیری وجود دارد.
آب تثبیت شده توسط نیروهای سطحی ذرات ژل، آب جذب سطحی نامیده می شود و آن بخش از آب که بین سطوح خاصی در بلور نگاه داری می شود، آب بین لایه ای یا آب زئولیتی نامیده می شود. آب شبکه ای، آن قسمت از آب تبلور است که به صورت شیمیایی مربوط به ترکیبات اصلی شبکه نمی باشد. نمایش ترسیمی شکل ۱۳-۱ می تواند روشنگر این موضوع باشد.
آب آزاد در داخل لوله های مویینه نگاه داری می شود و در خارج از محدوده نیروهای سطحی فاز جامد قرار دارد.
شکل 13-1: ساختمان احتمالی سیلیکات های هیدراته شده53-1
هیچ روشی برای تعیین چگونگی توزیع آب، بین این حالات مختلف وجود ندارد، و همچنین تشخیص بین این حالات مختلف بر اساس ملاحظات تئوری نیز، آسان نمی باشد، زیرا که انرژی چسبندگی آب ترکیبی در سیمان هیدراته شده، در حدود همان مقدار انرژی چسبندگی آب جذب شده در سطح می باشد. ولیکن، تحقیقات اخیر که با استفاده از روش تشدید مغناطیسی هسته ای انجام گرفته است، پیشنهاد می نماید که آب ژل دارای همان انرژی پیوستگی آب بین لایه ای در بعضی از انواع خاک رس تورم زا است و بنابراین آب ژل به خوبی می تواند به صورت آب بین لایه ای باشد.
یک طبقه بندی آسان برای آب همراه سیمان هیدراته شده، که به لحاظ انجام تحقیقات لازم، ولیکن اختیاری است، تقسیم نمودن آب به دو گروه می باشد: آب قابل تبخیر و آب غیر قابل تبخیر. این طبقه بندی با خشک کردن خمیر سیمان تا مرز تعادل (یعنی رسیدن به یک جرم ثابت) در فشار بخار آب معین حاصل می شود. مقدار معمول آن 1Pa در دمای ۲۳oC می باشد که بر روی Mg(ClO4)2. 2H2O حاصل می شود. در سالهای اخیر خشک کردن در یک فضای خلاء متصل به فیلتر جذب رطوبت که در دمای ۷۹oC- نگاه داشته شده و شرایطی معادل فشار بخار 0.07Pa را ایجاد می کند انجام گردیده است48-1 .راه دیگر آن است که آب قابل تبخیر را به وسیله سنجش افت جرم در اثر خشک شدن در دمای زیادتر (معمولا ۱۰۵oC)، یا به وسیله یخ زدن، یا از طریق خارج نمودن آن به وسیله یک حلال تعیین شود.
تمام این روش ها، آب را بر مبنای آنکه آیا می تواند در یک فشار بخار کاهش یافته معین خارج شود یا خیر، طبقه بندی می کنند. این نوع طبقه بندی اختیاری است، زیرا رابطه بین فشار بخار و مقدار آب سیمان پیوسته است و بر خلاف حالت هیدرات های بلورین هیچ گونه گسستگی درباره آن وجود ندارد. ولیکن به طور کلی آب غیرقابل تبخير تقریبا همه آب ترکیب شیمیایی و همچنین مقداری از آبی را که توسط پیوندهای شیمیایی تثبیت نشده است، شامل می شود. فشار بخار این آب، کمتر از مقدار متناظر فشار هوای آزاد است و مقدار این آب، در واقع تابع پیوسته ای از فشار بخار هوای آزاد است.
مقدار آب غیر قابل تبخیر با پیشرفت هیدراتاسیون افزایش می یابد ولیکن در یک خمیر اشباع شده هرگز مقدار آب غیر قابل تبخیر بیشتر از نیمی از کل آب موجود نخواهد شد. در سیمان کاملا هیدراته شده، مقدار آب غیر قابل تبخیر حدود ۱۸ درصد جرمی مصالح آب از دست داده می باشد؛ در سیمانی که به طور کامل هیدراته شده است این نسبت به حدود ۲۳ درصد می رسد1-1. از تناسب بین مقدار آب غیرقابل تبخیر و حجم جامد خمیر سیمان، چنین نتیجه می شود که حجم آب غیرقابل تبخیر را می توان به عنوان سنجشی از مقدار ژل سیمان موجود، یعنی درجه هیدراتاسیون در نظر گرفت.
نحوه تثبیت آب در خمیر سیمان، میزان انرژی پیوندی را تعیین می نماید. برای مثال به منظور برقراری پیوند 1g آب غیر قابل تبخیر، ۱۶۷۰Jیا(۴۰۰)کالری انرژی مصرف می گردد. در حالی که انرژی آب تبلور 3560J/g(850cal/g) , Ca(OH)2 می باشد. به طور مشابه چگالی آب نیز تغییر می نماید و مقدار آن برای آب غیرقابل تبخیر تقریبا 1.2، برای آب ژل 1.1 و برای آب آزاد 1.0 است24-1. پیشنهاد گردیده است که افزایش در چگالی آب جذب سطحی در تراکم سطحی کم، معلول فشار نیست، بلکه علت آن جهت، یا ترتیب قرار گرفتن مولکول ها در فاز جذب سطحی ناشی از اثر نیروهای سطحی می باشد و آنچه که فشار جداسازی خوانده می شود، را به وجود می آورد. فشار جداسازی، فشاری است که انتظار می رود لایه مولکولهای جذب سطحی را در برابر فشارهای خارجی ثابت نگاه دارد. تاییدی بر این فرضیه که خواص آب جذب سطحی با خواص آب آزاد تفاوت دارد از سنجش جذب امواج بسیار کوتاه میکروویو در خمیر سخت شده سیمان به دست می آید.64-1
