Производство бетона, изделий на основе цемента и других вяжущих веществ (стр. 1 )

ПРОИЗВОДСТВО БЕТОНА, ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТА И ДРУГИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Твердение цементного камня

В нашей стране стали применять омагниченную воду для затвердения цемента и бетона в 1962 г. (Нейман . свид. СССР № 000, 1962.)

С тех пор в этом направлении проведены значительные (хотя и недостаточно систематические) исследования, позволив­шие выявить перспективность метода.

Известно, что при твердении 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.

Рис.1 Повышение прочности цементного камня при разных режимах магнитной обработки и различной скорости потока воды, предназначенной для затворения цемента.

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 и . Они проводили опыты в аппарате трансформа­торного типа. Магнитной обработке подвергали волжс­кую воду с общей жесткостью 9,5 мг-экв/л и карбонат­ной 5,46 мг-экв/л, содержащую 72,9 мг/л оксида каль­ция, 18 мг/л оксида 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 (2X2X2 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.

Рис.2 Влияние омагничивания воды на рост прочности цементного камня:

1 – без магнитной обработки; 2–5 – после магнитной обработки воды при напряженности 117, 127, 139 и 167 кА/м.

Опытами установлено, что затворение цемента омагниченной водой приводит к значительному повышению прочности камня. Причем зависимость прочности от на­пряженности поля имеет экстремальный характер. Уве­личение прочности зависит также от скорости потока во­ды (рис. 1). Влияние магнитной обработки воды, пред­назначенной для затворения цемента, на прочность кам­ня при его длительном храпении в обычных температурно-влажностных условиях иллюстрируется кривыми на рис. 2. Данные рис. 2 свидетельствуют также о зна­чительном ускорении твердения и увеличении конечной твердости. Это обусловлено ускорением нарастания пла­стической прочности камня, равной предельному напря­жению сдвига, рассчитанному по глубине погружения металлического конуса в цементное тесто (рис. 3).

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.

Рис. 3. Влияние омагничивания воды на рост пластической прочности цементного камня:

1 – без магнитной обработки воды;

2-5 – после обработки полями напряженностью 83, 117, 141 и 178 кА/м

Для изучения скорости гидратации цемента восполь­зовались методикой . Количество химически связанной воды определяли прокаливанием при 1000°С, количество гидроксида кальция — фенолятным методом. Результаты опытов показали, что при использовании омагниченной воды цемент гидратируется значительно в большей степени (рис. 4), чем при использовании обыч­ной воды, что способствует получению более плотной структуры камня. 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, а размеры их уменьшаются. Кристаллы находятся не только на поверхности зерен, как обычно, но и в объеме воды. Исследование цементного камня трехдневного возраста под электронным микроскопом показало, что в омагниченной воде структура камня гораздо более мелкозернистая (рис. 5).

Рис. 4. Скорость гидратации цемента (сплошные линии – количество гидратной воды; штриховые – количество гидроксида кальция):

1 – контрольные образцы; 2 – образцы, приготовленные на омагниченной воде.

Все указанные изменения цементного камня значи­тельно влияют на его физико-механические 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, -Петросян, и -Маршак установили аналогичные закономерности твердения гипса. Близкие результаты получены с помощью электронного микроскопа и , которые отмечают большое увеличение степени упорядоченности кристаллических новообразований в омагниченной воде.

и показали, что эффект магнитной обработки воды зависит от ее хими­ческого состава. Примеси ионов железа и хлоридов ча­ще всего оказывают положительное влияние; некоторые газы (остаточный хлор, аммиак) - отрицательное. Большую роль играют соли жесткости. Эти работы, по-видимому, являются началом дальнейших важных исследований.

Рис.5. Структура цементного камня трехдневного возраста под электронным микроскопом (х 10 000):

а – затворение обычной водой;

б – затворение омагниченной водой;

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 , и , это показано достаточно убедительно. Межотрас­левая комиссия, проведя в 1970 г. экспериментальную проверку, установила, что применение омагниченной во­ды позволяет снизить вибровязкость керамзитобетона. В подвижных смесях этот эффект не установлен.

Заслуживают внимания последние данные , и , 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 и 2,8 г/л). В этом случае всегда получаются хорошие результаты.

Твердение гипса и других вяжущих

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

-Петросян, А. II. Плугина и -Маршак методом дифференциальной калориметрии измеряли скорость твердения полуводного гипса (CaSO4-0,5 Н2O). 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 ­вым и .

и 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 воды на процесс гашения извести. Варьируя режим маг­нитной обработки, можно повысить прочность газосили­катных образцов на 23%.

Влияние магнитной обработки на вододисперспую систему СаО—Н2О исследовано , и II. Я.Лауманис в Рижском политехническом ин­ституте. Применялся соленоид, питаемый переменным магнитным полем. Зависимость скорости гашения от на­пряженности магнитного поля имеет полиэкстремаль­ный характер. В оптимальных условиях время гашения сокращается с 40 до 20 мин, но при некоторых значе­ниях напряженности магнитного поля время гашения, наоборот, вдвое возрастает. Такие же результаты получены и при добавлении к системе раствора солей желе­за, но в последнем случае результаты опытов более ста­бильны.

Изменение кинетики гашения извести связано с по­лучением особой структуры продукта гидратации, с уменьшением его плотности на 0,5%. Изменение процес­са кристаллизации сказывается и на эндотермическом эффекте при гашении извести. Возможность регулирова­ния времени гашения извести весьма существенно для производства автоклавных силикатных бетонов, в том числе п газобетона.