Строительство и архитектура/ 4. Современные строительные материалы

д.т.н., профессор - Искаков Т.У., к.т.н. - Мамыркулов М.Ы.,

магистрант - Умирзаков Ж.Ж.

Южно-Казахстанский государственный университет имений М.Ауезова, Казахстан

Оптимизация параметров обработки воды для

затворения бетонной смеси

В современных условиях, несмотря на разработку новых строительных материалов и изделий на полимерных и других связующих, одним из самых динамичных среди рынков строительных материалов является рынок потребления бетонов на основе цементного вяжущего. Совершенствование технологии, обеспечение долговечности и надежности работы конструкций и сооружений, предъявляет все более высокие требования к качеству применяемых при их возведении бетонов. В этой связи разработка эффективных композитов на цементных связующих, обеспечивающих улучшение их эксплуатационных показателей и снижение материалоемкости, является важной задачей в области строительного материаловедения.

В настоящее время существует широкий спектр технологических приемов, позволяющих целенаправленно регулировать структуру, а, следовательно, и свойства цементных композитов, одним из которых является затворение смеси водой, подвергнутой обработке электрическим током. Работы многочисленных авторов в этом направлении позволяют утверждать, что при этом статистически достоверно возрастает прочность бетонных изделий, значительно снижается их водопроницаемость, улучшается пластичность и удобоукладываемость бетонной смеси [1,2,3].

При электроактивации воды электрическим током возникающее электрическое поле ориентирующим образом действует на ионы, находящиеся в составе природной воды, содержащей катионы кальция, магния, железа, в качестве анионов выступают карбонаты, фосфаты и др. Наличие ионов натрия и хлора выводит воду из классификации пресной воды. В производстве бетонных смесей используется, как правило, пресная вода с различной степенью жесткости, определяемой суммой концентраций ионов кальция, магния, сопряженных с карбоната- и сульфата- ионами. Катионы кальция и магния мигрируют в направлении катода. На катоде при этом происходят процессы, в результате которых в прикатодном пространстве накапливаются ионы гидрооксида, что приводит к взаимодействию ионов Са²⁺ и Mg²⁺ с ионами ОН^– с образованием гидроксидов магния и кальция с выделением дисперсной твердой фазы наноразмерныхчастиц (без добавок поверхностно-активных веществ, молекулы которых, сорбируясь на поверхности частиц дисперсной фазы, резко понижают их поверхностную энергию). В результате консервируются наноразмеры образующихся продуктов электрохимического взаимодействия. При применении такой электроактивированной воды в процессах затворения, полученные наноразмерные частицы являются центрами кристаллизации гелевых структур с гидратированными компонентами цементов [4] .

При электрообработке природной воды, наряду с влиянием на молекулярные структурные характеристики воды, значительное влияние на изменение ее свойств оказывают электрохимические процессы, протекающие на электродах, получающиеся при этом соединения, находящиеся в ультрадисперсной фазе (наноразмеры от 1 до 100 нм), определяют активность воды, используемой для затворения строительных растворов. Показано, что процесс анодного растворения железа протекает в основном с образованием ионов двухвалентного железа. Установлено, что в качестве материала катода предпочтительнее использовать свинец – металл с большим перенапряжением выделения водорода, Этим возможно снизить объем выделяемого газообразного водорода, уменьшить возможность образования газовой эмульсии в ходе растворения железа в узком межэлектродном пространстве и увеличить общий рабочий ток ячейки [5].

Дисперсная фаза оксидов и гидрооксидов железа и кальция, магния (анодные продукты) – за счет катодного восстановления молекул воды образуют временно устойчивую систему центров кристаллизации в ходе процессов перехода растворов цемента в фазу образования гельевых структур и способствует образованию твердой фазы с более мелкокристаллической структурой.

Изложенные действия электрического тока различной интенсивности сильно влиять на структуру образующихся дисперсных частиц и на их активность и повышения качественных характеристик бетона.

Оптимальные параметры режима электрообработки и достигаемая эффективность обработки воды затворения электрическим полем растворимых электродов зависят от свойств используемых материалов, физико-химических характеристик исходной воды, температуры среды и времени выдерживания обработанной воды затворения до введения ее в бетонную смесь. Учитывая большое количество условий, оптимальные режимы обработки должны устанавливать экспериментальным путем. При этом для определения пределов варьирования устанавливаются наиболее вероятные границы изменения отдельных параметров и их сочетаний.

Так, напряженность электрического поля при обработке воды может быть назначена исходя из того, что концентрация гидроксида металла при растворении материала электродов в результате электрохимических процессов увеличивается непропорционально напряженности электрического поля. Результаты исследований показали, что при увеличении напряженности выше 50–60 В/см приводит к нелинейному увеличению концентрации гидроксида. Исходя из условии безопасности работы установки по обработке воды, с позиций охраны труда, предпочтительно использовать напряжение 30–50 В/см.

При плотности тока от 1 до 5 мА/см² наступает равновесие между процессами растворения металла и образования пассивирующих пленок, и электрод растворяется равномерно, без пассивации. Увеличение плотности тока смещает равновесие в сторону образования пассивирующих слоев и приводит к полной пассивации электродов. Следовательно, плотность тока при обработке воды затворения электрическим полем необходимо поддерживать до 5 мА/см².

При увеличении продолжительности обработки воды происходит увеличение концентрации гидроксида металла. Время обработки может назначаться в пределах от долей секунд до нескольких десятков минут. В производственных условиях продолжительность обработки воды не должна задерживать основной процесс приготовления бетонной смеси, т.е. время на обработку воды должно примерно равняться времени на дозирование компонентов, их загрузку и прочие операции.

Таким образом, при обработке воды затворения электрическим полем растворимых электродов наиболее вероятные границы изменения напряженности электрического поля должны находиться в пределах от 1 до 50 В/см, плотности тока – от 1 до 5 мА/см², продолжительности обработки – не более 15–25 мин.

Литература:

1. Евдокимов В.А., Смирнов О.В., Юдина А.Ф. Об использовании электрообработки в технологии строительного производства.-В кн.Исследования технологии строительных процессов. Меж-вуз.темат.сб.тр. ЛИСИ, Л.,1982, с.5-14.

2. Повх И.Л., Совпель В.В., Бычин И.А. Магнитная и электролитическая обработка воды при производстве бетона. В кн.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем. М., Цветметинформация, 1971, с.227-229.

3. Материалы отчета № 0I82605463I. Разработка и внедрение установки электрообработки воды для приготовления бетонной смеси. ЛИСИ,Л.,1982, с.75.

4. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. – 2-е изд., перераб. М., 1987.

5. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л., 1975