Вода является активным участником большинства технологических процессов, в том числе при изготовлении различных искусственных камневидных материалов.
Известно, что электромагнитная обработка воды ускоряет процесс твердения бетонной смеси и повышает прочность бетона и других строительных материалов. Изменение структуры и свойств воды достигается с помощью механических воздействий, электрическим током, нагревом в автоклаве, высокочастотным полем, ультразвуком и т. д. В процессе многочисленных исследований обнаружено, что наиболее эффективные и структурные изменения воды происходят под воздействием электромагнитного поля. Магнитная обработка воды предусматривает протекание ее через одно или несколько магнитных полей. На неподвижную воду магнитные поля действуют гораздо слабее, поскольку обрабатываемая вода всегда обладает некоторой электропроводностью, при ее перемещении в магнитных полях возбуждается небольшой электрический ток. То есть имеет место не магнитная, а электромагнитная обработка водной системы. Это очень важный момент с точки зрения направленного регулирования свойств воды, в том числе повышения активных (реакционных) ее свойств и стабилизации этого эффекта.
Положительного эффекта можно добиться путем введения некоторых поверхностно активных добавок в воду до ее омагничивания. Магнитная обработка воды затворения цементных смесей приводит к положительным результатам по многим свойствам: увеличивает прочность, плотность, морозостойкость, снижает пористость, водопоглощение, повышает удобоукладываемость бетонной смеси и т. д.
Магнитную обработку воды можно проводить магнитами постоянного поля и электромагнитами. Напряженность поля в различных условиях может изменяться от 40103 до 70103 А/м, при этом определяющим фактором является химический состав воды и цемента.
Твердение цементных смесей различного состава значительно ускоряется в первые 7 дней и продолжает интенсивно нарастать в дальнейшие сроки при нормальных условиях и при пропаривании смеси с введением добавок-стабилизаторов эффекта (ЗШ (зольный шлам) и СДБ (сульфитно-дрожже-бражка)) до ее магнитной обработки, в результате чего наблюдалось постоянное увеличение прочности, повышение плотности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона. Данные лаборатории говорят о том, что введение в воду до ее омагничивания добавок СДБ и ЗШ приводит к повышению прочности бетона при естественном твердении на 17–29 % и имеется возможность получения бетона марки 500 с расходом цемента до 500 кг/м3 бетона.
Схема аппарата омагничивания воды для лабораторных и производственных условий представлена на рис. 1.2. Он состоит из наружного стального магнитопровода, изготовленного из трубы толщиной 2–2,5 мм, и снабжен тремя фланцами. Два фланца служат для присоединения корпуса к питательному трубопроводу, а третий фланец – для крепления с фланцем кожуха, изготовленного из немагнитного материала. Кожухом 2 является медная труба, закрытая приваренным донышком. Три небольших скошенных ребра служат для центрирования внутреннего кожуха в стальном магнитопроводе 1. Внутрь кожуха 2 вставляется железный сердечник 3 с намотанными катушками 5 на впадинах сердечника. Соединение катушек производится через шлицы в полюсных наконечниках 4.
Схема технологического процесса омагничивания воды с добавкой-стабилизатором эффекта с подключенным магнитным аппаратом представлена на рис. 1.3. Рассмотренный способ позволяет не только улучшить свойства бетона для железобетонных труб (прочность, водонепроницаемость, структура и др.), но и экономить цемент, как минимум, 50 кг на куб. метр бетона.
Рис. 1.2. Схема 6-катушечного электромагнитного аппарата: 1 – стальной магнитопровод; 2 – кожух; 3 – железный сердечник; 4 – полюсный наконечник; 5 – катушка
Рис. 1.3. Технологическая схема приготовления бетонной смеси на омагниченной воде с добавкой-стабилизатором: 1 – расходная емкость воды; 2 – расходная емкость добавки; 3 – дозатор воды; 4 – дозатор добавки; 5 – магнитный аппарат; 6 – бетоносмеситель
Пример 2. Приготовление бетонной смеси на воде затворения, предварительно обработанной электрическим полем.
Технология приготовления строительных смесей (цементной, растворной и бетонной) с использованием воды затворения, предварительно обработанной электрическим полем, позволяет повысить интенсивность технологического процесса приготовления смесей и получения бетонов и растворов с улучшенными свойствами (повышение качества и прочности, подвижности смеси, морозостойкости, снижения сроков распалубки конструкций и др.).
Активация воды затворения электрическим полем растворимых электродов позволяет автоматизировать весь процесс приготовления бетонной смеси.
Включенная в технологическую схему приготовления бетонной смеси (рис. 1.4) установка по электрообработке воды затворения 8 снабжена микропроцессором, который регулирует параметры напряженности электрического поля и продолжительность обработки воды в зависимости от параметров бетонной смеси на выходе бетонно-смесительного узла, позволяет получать бетонную смесь улучшенных качеств. Установка по обработке воды является компактной (что важно в построечных условиях монолитного строительства, где отсутствуют свободные строительные объемы), отличается высокой эксплуатационной пригодностью, в том числе ремонтопригодностью, удобна в управлении и обслуживании. Процесс обработки воды легко автоматизируется, а сама установка является экологически безопасной, т. к. не требует применения реагентов.
Рис. 1.4. Технологическая схема приготовления бетонной смеси на электрообработанной воде затворения: (автор А. Ф. Юдина, профессор СПбГАСУ): 1, 2, 3 – заполнители и цемент; 4, 5, 6 и 7 – дозаторы цемента, заполнителей и воды; 8 – установка для обработки воды; 9, 10 – задвижки; 11 – насос; 12 – накопитель воды; 13 – сборная воронка; 14 – бетоносмеситель; 15 – раздаточный бункер; М.п. – микропроцессор
Производственные испытания подтвердили эффективность использования обработки воды затворения электрическим полем растворимых электродов с последующим приготовлением на ней строительных смесей.
Пример 3. Электродный прогрев бетона.
Электродный прогрев бетона бывает нескольких видов. Для прохождения тока используют пластинчатые полосовые или стержневые электроды.
Чаще всего бетон подогревают металлическими стержневыми электродами, которые закладывают в него параллельными рядами. Соседние или противостоящие электроды соединяют с проводами разных фаз переменного электротока пониженного или повышенного (120–220 В) напряжения. При этом между электродами образуется электрическое поле, где электрическая энергия превращается в тепловую, прогревающую бетон.
Электроток включают через 1,5–2 ч после укладки бетона, имеющего температуру не ниже 5 °С. Повышение или понижение температуры прогреваемого бетона регулируют изменением напряжения тока или отключением части электродов. Предварительный электроразогрев готовой бетонной смеси проводят в бункерах или в специальных устройствах при значительных затратах электроэнергии (40–60 кВт • ч/м) до требуемой температуры 60–80 °С за 5—20 мин. Горячую бетонную смесь быстро укладывают, а затем выдерживают термосным способом. Без дальнейшего дополнительного обогрева бетон приобретает прочность около 50 % марочной.
Бетонирование горячими смесями сокращает продолжительность тепловой обработки конструкций или изделий за счет предварительной гидратации и повышенного тепловыделения цемента после его электрообработки.
Один из серьезных недостатков применения горячих смесей в технологии бетона – это образование мелких пузырьков воздуха и водяных паров в бетоне, уменьшения которых можно добиться, уплотняя укладываемую горячую смесь вибраторами, которые способствуют удалению из нее расширяющихся пузырьков воздуха и пара. Ликвидировать появление трещин в бетоне при укладке горячей смеси очень трудно, вследствие различных коэффициентов линейного теплового расширения отдельных неоднородных компонентов смеси (цемента, песка, щебня, гравия, воды, воздуха и добавок).
Термоэлектрические маты (ТЭМ) используют на стройплощадках и полигонах для прогрева бетона, каменной кладки, мерзлого грунта, укрытия, а также обогрева на открытых площадках материалов, механизмов, грузовых контейнеров и другого оборудования в зимних условиях. Кроме того, с помощью ТЭМ можно предварительно отогревать опалубку, арматуру, промерзший грунт и другие места перед укладкой строительных растворов и бетонов. Подлежащие обогреву конструкции и изделия или оборудование укрывают ТЭМ и в изолированном таким образом от внешней среды пространстве поддерживают заданный температурный режим.
