Алексеев А.А., Хонин Д.В., Кузугашев А.Н.,

Новостройный А.А, Горшков Н.С.

Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

Активация цементных дисперсных систем в поле высоковольтного коронного разряда

Высокая стоимость и потери марочной прочности цемента с течением времени заставляет пересмотреть устоявшуюся практику его использования, поэтому тема увеличения активности минеральных вяжущих материалов на основе цемента приобретает особую актуальность.

Технология это не только совокупность методов обработки и изготовления продукции, это еще и наука, изучающая физико-химические, механические и другие закономерности структуры материала с целью изменения потребительских свойств продукции, поиска наиболее эффективных и экономичных производственных процессов получения дисперсных цементных систем.

Известно, что видом и составом продуктов гидратации цемента можно управлять. А это значит, что мы в силах получать новообразования разной и нужной нам основности, с различным содержанием гидратной воды, разного размера и формы кристаллов, что обеспечит нам нужную прочность, морозостойкость, воздухо- и агрессивную стойкость.

Эти технологические приемы согласуются с теоретическими положениями Ю.М. Баженова [1] о взаимосвязи строительных свойств цементного камня и бетона с условиями их изготовления.

Основная прочность цементного камня обеспечивается кристаллами и сростками кристаллов, образующихся гидратных новообразований, размеры которых находятся в пределах 10…17·10^-9 м. В промежутках между кристаллами размещаются продукты гидратации, размеры которых меньше 10^-9 м. Они закупоривают свободное пространство, «склеивают» все новообразования воедино.

Результат этого «склеивания» двоякий. Учитывая непрерывность гидратационных процессов, накопление мелких субмикрокристаллов, необходимо помнить о метастабильности образующейся структуры. В такой твердеющей системе отмечаются два процесса: создание структуры и ее разрушение с последующим «залечиванием». И все это совершается на атомно-молекулярном уровне.

Использование уже известных знаний о гидратационных процессах и связанных с ними процессах структурообразования на наноуровне, влияние различных модификаторов открывает возможность «легирования» цементосодержащих (и не только их) систем.

Ребиндер П.А. отмечал, что всякие приемы интенсификации технологических процессов в конденсированных дисперсных системах базируются на управлении свойствами структуры, образованной частицами системы. Основными параметрами, которые характеризуют структуру системы, являются: суммарная потенциальная энергия связей Uo, приходящаяся на одну частицу, и кинетическая энергия частиц Q. Следовательно, управление свойствами структуры есть не что иное, как варьирование параметра Uo и Θ.

В последние годы важным показателем современных бетонов считается высокая скорость набора прочности. Высокопрочные или высококачественные бетоны будущего (при нормальных «комнатных» температурах твердения, в течение 1…2-х суток) должны: обеспечить формирование прочности, достигающей 60…70 % от нормативной и полностью исключить энергетические затраты на тепловую обработку изделий.

Высоковольтный поверхностный барьерный разряд (БПР) как средство получения плазменного состояния вещества широко используется в науке и технике. Под БПР в настоящее время понимают разряд, возникающий в газе под действием приложенного к электродам высокого переменного напряжения, при этом хотя бы один из электродов должен быть покрыт диэлектриком.

На кафедре «Технология строительного производства» ТГАСУ проводятся научно-исследовательские работы [2–7] по установлению закономерностей влияния высоковольтного поверхностного разряда, как на сам цемент, так и на цементную суспензию. В первую очередь БПР позволяет ускорить процессы растворения вяжущих веществ в воде за счет влияния электрических зарядов на их поверхности, т.е. происходит более интенсивное растворение. Также установлено влияние БПР на процессы образования камневидных тел (рис. 1, 2).

Рис. 1. Прочность на сжатие цементного камня в 3 суток

Рис. 2. Прочность на сжатие цементного камня в 28 суток

Из полученных результатов видно, что прочность цементного камня зависит от величины напряжения подаваемого на электроды. Наибольшая прочность при сжатии наблюдается при напряжении 1,5 кВ в течении 25 минут обработки в поле высоковольтного барьерного разряда.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что рациональное активирование цемента и цементного теста в поле высоковольтного барьерного разряда увеличивает прочность цементного камня на 20 %.

Литература:

1. Баженов, Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны. / Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников. Научное издание. – М.: Издательство АСВ, 2006. – 368 с.

2. Алексеев, А.А. Способы активации минеральных вяжущих веществ. / А.М. Гусаков, Е.А. Вялов, С.А. Ковешников, А.В. Рышков. // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: Материалы II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Омск. СибАДИ, 2007. – С. 72–75.

3. Алексеев, А.А. Технология обработки цементного камня в поле высоковольтного барьерного разряда. / А.М. Гусаков, Д.В. Хонин, Р.Ю. Кривобок, А.Н. Кузугашев. // Всероссийская конференция «Актуальные проблемы строительной отрасли» (65-я научно-практическая конференция НГАСУ (Сибстрин)): тезисы докладов. – Новосибирск.: НГАСУ (Сибстрин), 2008. – С. 35.

4. Алексеев, А.А. Активация портландцемента в поле высоковольтного барьерного разряда. / А.М. Гусаков, Д.В. Хонин, А.Н. Кузугашев. // «Строительство-2009»: Материалы юбилейной Международной научно-практической конференции. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2009. – С. 223.

5. Алексеев, А.А. Технология обработки цемента и цементного теста в поле высоковольтного барьерного разряда. / Д.В. Хонин, А.Н. Кузугашев. // Строительство: материалы, конструкции, технологии: материалы I (VII) Всероссийской научно-технической конференции. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2009. – С. 82-87.

6. Алексеев, А.А. Химические и электрофизические методы активации минеральных вяжущих и цементных суспензий. / Д.В. Хонин, А.Н. Кузугашев, Д.В. Ромашкин, Д.С. Тимошина // Материалы 55-й научно-технической конференции студентов и молодых ученых [Текст]. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.- строит. ун-та, 2009. – С. 315.

7. Алексеев, А.А. Технология обработки цемента и цементного теста в поле высоковольтного разряда. / Д.В. Хонин, А.Н. Кузугашев // Перспективы развития фундаментальных наук. Труды VI Международной конференции студентов и молодых ученых.– Томск, 2009. – С. 357–365.