ПРОИЗВОДСТВО БЕТОНА, ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТА И ДРУГИХ
ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

/Классен В.И.: Омагничивание водных систем. – М, 1978, стр. 133-144

 

Твердение цементного камня

 

В нашей стране стали применять омагниченную воду для затвердения цемента и бетона в 1962г .* C тех пор в этом направлении проведены значительные (хотя и недостаточно систематические) исследования, позволившие выявить перспективность метода.

 

Известно, что в процессе твердения цементного камня одновременно протекает ряд сложных процессов: растворение и гидратация цементных минералов с образованием пересыщенных растворов, самопроизвольное диспергирование этих минералов до частиц коллоидных размеров, образование тиксотропных коагуляционных структур и, наконец, возникновение, рост и упрочнение кристаллизационных структур. Доказано, что омагничивание воды влияет на все эти процессы. Следовательно, влияние магнитной обработки воды, используемой для растворения, на твердение и свойства цементного камня является вполне закономерным.

 

Наиболее последовательно этот вопрос экспериментально изучен В.А. Улазовским и С.А. Ананьиной. Они проводили опыты в аппарате трансформаторного типа. Магнитной обработке подвергали волжскую воду с общей жёсткостью 9,5 мг-экв/л и карбонатной 5,46 мг-экв/л, содержащую 72,9 мг/л окиси кальция, 18 мг/л окиси магния, 52 мг/л хлоридов, 64 мг/л сульфатов и 11,7 мг/л кислорода. В исследованиях использован портландцемент М 400 Вольского и Серебряковского заводов, из которого приготовляли кубики (2х2х2 см) и балочки. Затем эти образцы подвергали физико-механическим испытаниям. Их обломки направляли на химический, микроскопический и рентгенографический анализ; структуру и состав гидратных новообразований исследовали в разбавленных цементных суспензиях.
Опытами установлено, что затворение цемента омагниченной водой приводит к значительному повышению прочности камня. Причём зависимость прочности от напряжённости воздействующего поля имеет экстремальный характер. Увеличение прочности зависит также от скорости потока воды (рис. 1).

 


Рис. 2: Влияние омагничивания воды на рост прочности цементного камня:
1 – без магнитной обработки воды при напряжённости 117, 127, 139 и 167 к/Ам (1480, 1600, 1760 и 2100 Э)

Магнитная обработка воды, предназначенной для затворения цемента, значительно ускоряет твердение и увеличение конечной твёрдости. Это обусловлено ускорением нарастания пластической прочности камня, равной предельному напряжению сдвига, рассчитанному по глубине погружения металлического конуса в цементное тесто (рис. 3)


Рис.3: Влияние омагничивания воды на рост пластической прочности цементного камня: 1- без магнитной обработки воды; 2 – 5 – после обработки полями напряжённостью 83, 117, 141 и 178 мА/м (1050, 1480, 1760 и 2250 Э)

При затворении обычной водой имеется значительный индукционный период выкристаллизовывания цемента; в случае же затворения омагниченной водой пластическая прочность начинает активно расти почти сразу же после затворения. При этом отмечено более быстрое диспергирование частиц до микронных размеров.
Для изучения скорости гидратации цемента воспользовались методикой Ю.М.Бутка. Количество химически связанной воды определяли прокаливанием при 10000С, количество гидроокиси кальция – фенолятным методом. Результаты опытов показали, что при использовании омагниченной воды цемент гидратируется значительно в большей степени, чем при использовании обычной воды, что способствует получению более плотной структуры камня (рис. 4)


Рис. 4: Скорость гидратации цемента (сплошные линии – количество гидратной воды; штриховые –количество гидрата окиси кальция): 1- контрольные образцы; 2 – образцы, приготовленные на омагниченной воде.

В омагниченной воде скорость образования осадка суспензии цемента значительно выше, чем в обычной воде. Микроскопические исследования также показали увеличение скорости гидратации в омагниченной воде. При этом значительно возрастает количество кристаллов сульфоалюмината кальция и гидроокиси кальция, а размеры их уменьшаются. Кристаллы находятся не только на поверхности зёрен, как обычно, но и в объёме воды. Исследование цементного камня трёхдневного возраста под электронным микроскопом показало, что в омагниченной воде структура камня гораздо более мелкозернистая (рис. 5)

 Все указанные изменения цементного камня значительно влияют на его физико-химические свойства. Водостойкость, морозоустойчивость и химическая стойкость камня, изготовленного с применением омагниченной воды, значительно возрастают.
Описанные результаты влияния магнитной обработки воды, используемой для затворения, на процессы твердения цементного камня и его свойства, совпадают с результатами исследований многих других авторов. Так, О. М. Мчедлов - Петросян, А.Н. Плугин и А.В. Ушеров-Маршак установили аналогичные закономерности твердения гипса. Близкие результаты получены с помощью электронного микроскопа Г.Д. Урываевой и М. И. Татаринцевой, которые отмечают значительное увеличение степени упорядоченности кристаллических новообразований в омагниченной воде.
В. А. Улазовский и В.А. Ананьина показали, что эффект магнитной обработки воды зависит от её химического состава. Примеси ионов железа и хлоридов чаще всего оказывают положительное влияние; некоторые газы (остаточный хлор, аммиак) – отрицательное. Большую роль играют соли жёсткости. Эти работы, по-видимому, являются началом дальнейших важных исследований.
Следует отметить некоторые опыты, касающиеся пластификации бетона, которая зависит от свойств цементного клея. Поскольку магнитная обработка влияет прежде всего на его свойства, в первую очередь должна изменяться степень пластификации бетона. Во многих работах, из которых следует выделить работу Д. .И. Михановского, Я. Л. Арадовского и Э. Л. Леуса, это показано достаточно убедительно. Межотраслевая комиссия, поведя в 1970 г. экспериментальную проверку, установила, что применение омагниченной воды позволяет снизить вибровязкость керамзитобетона. В подвижных смесях этот эффект не установлен. Заслуживают большого внимания данные от А.В. Ларина, С.Б. Трусова и Р.Д. Азелицкой, которые свидетельствуют о возможности значительной стабилизации положительного действия магнитной обработки воды при производстве бетона. Исходя из гипотезы о полезности образования коллоидных структур, авторы оптимизировали концентрацию в технической воде сульфатов магния и кальция, а также хлористого магния (соответственно 1,2, 1,2, 2,8 г/л). В этих случаях всегда достигают хороших результатов.

 

Твердение гипса и других вяжущих

 

Результаты, полученные при изучении влияния магнитной обработки на твердение гипса, мало отличаются от аналогичных результатов для цемента.

 

О.П. Мчедлов–Петросян, А.Н. Плугина и А.В. Ушеров–Маршак методом дифференциальной калориметрии измеряли скорость твердения полученного гипса (CaSO4• 0,5H2O). Они отмечают ускорение образования центров кристаллизации после магнитной обработки воды, содержащей следы двухвалентного железа; однако его концентрация не должна превышать 0,6 мг/л. Линейная скорость роста кристаллов не изменяется. В итоге возникает более мелкокристаллическая структура. Это же подтверждено Ю.А. Качаловым и В.Г. Быховым.

 

А.Т. Логвиненко и М.А. Савинкина проводили опыты с различными образцами полуводного гипса, золой уноса и шлаком. В обрабатываемой воде присутствовало двухвалентное железо (0,3 – 0,5 мг/л). Их опыты показали, что магнитная обработка воды, как правило, приводит к росту прочности образцов; для гипса наблюдается возрастание прочности во времени. Результаты исследования под электронным микроскопом показали, что в омагниченной воде образуются мелкокристаллические структуры, число мелких кристаллов значительно больше, чем в обычной воде, что обусловливает высокопрочностные характеристики материала.

 

Отмечено значительное влияние магнитной обработки на процесс гашения извести. Варьируя режим магнитной обработки, можно повысить прочность газосиликатных образцов на 23%.

 

Производство бетона

 

При использовании омагниченной воды для затворения бетона прочность его возрастает на 10 - 25%, расход цемента уменьшается, а подвижность бетонной массы возрастает. Приведём краткие результаты, полученные различными авторами.

 

Г.К. Ярошинский, Ю.Г. Хохлова и С.Г. Покай, проводившие исследования в лабораторных и промышленных (на Власовском заводе железобетонных конструкций) условиях, показали, что прочность бетона возрастает на 15 – 20%. Результаты стабильны. Отмечено повышение прочности даже на 43%, но результаты были неустойчивыми. Опытами в промышленных условиях исследователи установили уменьшение газопроницаемости бетона. Изменяя напряжённость магнитного поля, они увеличивали и уменьшали прочность бетона. Также проверено в промышленных условиях и внедрено в промышленность затворение омагниченной водой бетона, применяемого для закладки горных выработок. Прочность бетона возросла с 3,10 до 3,75 МПа (т.е. на 20%), транспортабельность – на 18%. Это позволяет получить дополнительный прирост прочности за счёт уменьшения водоцементного отношения. При этом закладочная масса твердеет скорее, и для приобретения ею контрольной прочности требуется вдвое меньше времени. Этот метод постоянно применяют на Текелийском руднике Министерства цветной металлургии Казахстана. Такие же результаты получены и на Зыряновском руднике. Установлена возможность снижения расхода цемента на 50 кг/м3 закладки.

 

Развёрнутое исследование влияния омагничивания воды затворения на плотность и морозостойкость гидротехнического бетона проведено Ю.И. Шипиловым, который установил, что в этом случае уменьшается водоцементное отношение бетона, улучшается его структура (уменьшается объём контракционных и капиллярных пор), что уменьшает водопроницаемость бетона. Всё это значительно повышает морозостойкость бетона – более чем на 1000 циклов замораживания – оттаивания.

 

На рис. 6 показаны образцы бетона (расход портландцемента М 400210 кг/м3), после 265 циклов замораживания - оттаивания. Образцы, затворенные на омагниченной воде с добавкой сульфитспиртовой барды (ССБ), выдерживает более 1000 циклов замораживания – оттаивания.

 

Значительный интерес представляют данные, приведённые в монографии Н.Н. Круглицкого с соавторами, в которой говорится о возможности усиления эффекта, создаваемого магнитной обработкой воды, последующей вибрацией бетона. Испытания, проведённые на Киевском заводе железобетонных изделий №5 с образцами бетона различного состава, показали, что при оптимальном вибрационном воздействии прочность бетона возрастает.

 

На Волгоградском заводе напорных труб, начиная с 1974 г., велась постоянная обработка воды, поступающей на затворение цемента; при этом его расход снизился на 8 – 20% и значительно улучшились свойства (жёсткость бетонной смеси снижается на 5 – 15%, плотность возрастает на 6 – 12%, водопоглощение снижается на 12 – 26%. На комбинате «Кривбассшахтопроходка» применение такой воды позволило увеличить прочность бетонной крепи горных выработок на 25 – 30% при сокращении расхода цемента на 5- 8%. Внедрение магнитной обработки воды на небольшом Шапсугском заводе железобетонных изделий привело к повышению прочности бетона на 40%, т.е. ежегодно сохраняется 400 т цемента (около 15%). Б.С. Баталин и Ю.П. Ожигбесов установили, что магнитная обработка воды в производстве керамзитопенобетона дала возможность на 15% сократить расход канифоли.

 

С.В. и В.С. Поляковы (Казанский инженерно-строительный институт) экспериментально подтвердили повышение прочности и морозостойкости бетона, более быстрое его твердение и наличие пластификации при использовании омагниченной воды для затворения. Повышение прочности на 15 – 20% и эффект пластификации установлены также и В.М. Челноковой.

 

Магнитная обработка морской воды на заводе железобетонных изделий треста «Азморнефтестрой» позволила повысить прочность бетона на 40 – 50% и сократить расход цемента на 14%. В.И.Батюшкин показал, что прочность железобетонных изделий возрастает на 20 – 36% при добавлении в воду перед магнитной обработкой хлористого калия, ССБ или хлористого железа. Во многих случаях эффект магнитной обработки воды, поступающей на затворение, усиливается, если бетон подвергнуть тепловой обработке. Это подтвердили многие исследователи.

 

Ташкентским ЗНИИЭПом, трестом «Оргтехстрой» и НИИЖБом были поставлены в Ташкенте и Москве показательные эксперименты, «…установившие эффект пластификации бетонных смесей жёсткостью свыше 30с при их вибрировании. Этот эффект был в дальнейшем подтверждён другими организациями».

 

Приведённые сведения говорят о большой перспективности применения магнитной обработки воды в производстве бетона.

 

Производство изделий с применением других вяжущих

 

Имеются разнообразные сведенья об эффективности магнитной обработки воды и водных растворов в производстве изделий, получаемых на основе золы и шлака.

 

Таблица. 1 Влияние магнитной обработки воды и 3%-го раствора соляной кислоты на прочность изделий, изготовленных на основе золы и шлака (числитель – без обработки, знаменатель – после магнитной обработки)

 

Вяжущий материал

Затворитель

Предел прочности

Влажно – воздушное твердение, через 28 суток После автоклавной обработки
Зола Вода
3%-ный раствор НCl
3,8/8,5
20,2/28,4

-
21,9/31,9

Зола + щлак (1:1) Вода
3%-ный раствор НCl
3,3/6,2
20/28,3

25,9/63,5
Зола + полуводный гипс (4:1) Вода
3%-ный раствор НCl
7,5/16,6
21,1/30,9
20,6/40,5
40,2/47,3

 

Улучшение твердения закладки горных выработок смесью гранулированного доменного шлака с песком и водой отметили многие учёные. В обычных условиях через 3 месяца эта закладка выдерживает давление 7 – 8 МПа. После затворения омагниченной водой закладка выдерживает давление 10,2 МПа (т.е. твёрдость возрастает на 30%). Чтобы достичь такой твёрдости обычной закладки, нужно на 1/3 увеличить содержание шлака в смеси.

 

Результаты промышленного испытания магнитной обработки воды в производстве керамических канализационных труб на Щёкинском заводе «Кислотоупор» показали увеличение прочности изделий на 34%; метод был принят к внедрению.
Магнитная обработка воды даёт положительные результаты при получении полимерцементного бетона на основе латекса. При этом расход дорогого стабилизатора снижается на 20%, повышается скорость твердения смеси и улучшается её физико-механические характеристики. При обработке водного раствора жидкого стекла, смешиваемого затем с маршалитом, значительно повышается прочность оболочек, изготавливаемых из этой смеси.

 

Экономический эффект

 

Применение магнитной обработки позволит сократить расход цемента на 10%, при этом улучшится качество изделий, появится возможность применять менее дефицитные вяжущие вещества.

 

Затраты на внедрение аппаратов окупаются через несколько месяцев или даже недель. В ряде случаев одна затраченная денежная единица приносит прибыль, исчисляемую несколькими сотнями денежных единиц.

 

Контакты

«ЕТВ-Технология плюс»

Украина, г. Харьков

ул. Енакиевская, 1/318

тел:

+38(057)7193272           +38(067)7143659           +38(066)7228891           +38(093)5082160

e-mail:etwater@mail.ru

skype: energiya4

НАШИ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА

- ENG
- Украина (Ukraine)
- Россия (Russian)
- Бразилия (Brasil)
- Польша (Poland)
ایران - Иран
- Германия (Deutschland)
- Κύπρος (Кипр)