Внешние механические воздействия в технологии бетонов (стр. 4 )

Величина оптимальной водной добавки к активируемой смеси песка с цементом первоначально принимается равной сумме парциальных добавок на увлажнение цемента, смачивание поверхности заполнителя и на воду поглощаемую порами песка. Оптимальный расход воды меньше суммы парциальных расходов, т. к. активируемый цемент отсасывает воду из пленок обволакивающих поверхность заполнителя.

Уже эти первоначальные эксперименты показали, что в вопросе виброактивации цементно-песчаных суспензий существуют определенные парадоксальные зависимости. А именно:

1. Эффективность виброактивации растет с увеличением среднего размера зерна заполнителя.

2. Для различных по крупности заполнителяй существуют строго определенные частотные диапазоны вибрирования, в пределах которых эффект виброактивации наиболее выражен.

3. Количество воды, пошедшей на смачивание цементно-песчаной пасты играет очень большое значение и тоже находится в строго определенном оптиуме.

Изучению этих парадоксов и особенностей и были посвящены все последующие исследования в этом направлении.

10.1.4 Влияние среднего размера зерна заполнителя на эффективную частоту виброактивации.

Как было выяснено в первоначальных исследованиях – оптимальная частота вибрирования сильно зависит от крупности песка. Поэтому было бы весьма заманчиво математически установить эту зависимость, чтобы назначать оптимальную частоту вибрирования, а не подбирать её путем длительных и кропотливых экспериментирований.

Если рассматривать простейший случай изготовления виброактивированного раствора на мелком песке, то следует отбросить влияние вибрационных импульсов на цементные зерна в виду их малости по сравнению со средним размером зерен песка.

В начале виброобработки прилагаемые импульсы механического возмущения пронизывают полусухую рассыпчатую смесь. Благодаря такому вибровоздействию полусухая смесь приобретает свойства псевдожидкости – неоднородной вязкой жидкости. Поэтому в дальнейшем рассматривать вибрационные возмущения следует не по отношению к полусухой смеси, а по отношению к жидкости.

Так как эта псевдожидкость неоднородна по составу, да еще и состоит из частиц разной размерности (а соответственно и массы) оптимальным было бы назначение многочастотного вибрирования – чтобы как можно больше частиц, составляющих раствор вошло в состояние резонанса с внешним вибровозмущением. Это самый экономичный случай, но не самый простой. Поэтому из практических соображений было предложено отказаться от многочастотного вибрирования, а искать оптиум частоты для частиц некой средней размерности.

После многочисленных экспериментирований по проверке математических моделей на практике, для песков, максимальный размер зерен которых не превышает 1.2 мм была предложена следующая формула по определению средней величины крупности песка:

D = 11.25 / (А1 + А2/2 + А3/4 + А4/8)

где:

- “11.25” - эмпирический коэффициент вычисленный экспериментально для песков крупностью до 1.2 мм

- А1 - содержание в песке зерен крупностью 0.05 – 0.15 мм в %

- А2 – содержание в песке зерен крупностью 0.15 – 0.3 мм в %

- А3 – содержание в песке зерен крупностью 0.3 – 0.6 мм в %

- А4 – содержание в песке зерен крупностью 0.6 – 1.2 мм в %

В данной формуле зерна песка размерностью меньше 0.05 приплюсовывают к величине А1, а зерна песка больше 1.2 мм - приплюсовывают к А4.

Для удобства последующих расчетов все данные сведены в одну таблицу (Таблица 10.1.2-1)

Таблица 10.1.4-1

Карьер песка	Величина средней крупности песка D	Процентное содержание частиц класса
А1 (0.05 – 0.15)	А2 (0.15 – 0.3)	А3 (0.3 - 0.6)	А4 (0.6 – 1.2)
Тахиа-Таш	0.1498	54.4 %	37.2 %	8.4 %	0 %
Казак	0.2601	4.0 %	61.4 %	34.6 %	0 %
Балабан	0.3707	1.6 %	16.6 %	81.8 %	0 %
Безлюдовский карьер (г. Харьков)	0.1944	18.0 %	56.0 %	23.0 %	3 %

Примечание:

1. Да действительно весь Харьков построен на таком плохом для тяжелых бетонов песке

2. Исходные данные для Таблицы 10.1.2-1 взяты из таблицы Таблица 10.1.1.-2

 Примеры расчета:

для Тахиа-Таш D = 11.25 / (54.4 + 37.2/2 + 8.4/4 + 0/8 = 11.25 / ( 54.4 + 18.6 + 2.1 +0) = 11.25 / 75.1 = 0.1498

для Казак D = 11.25 / (4.0 + 61.4/2 + 34.6/4 + 0/8 = 11.25 / ( 4.0 + 30.6 + 8.65 +0) = 11.25 / 43.25 = 0.2601

для Балабан D = 11.25 / (1.6 + 16.6/2 + 81.8/4 + 0/8 = 11.25 / ( 1.6 + 8.3 + 20.45 +0) = 11.25 / 30.35 = 0.3707

для Безлюдовка D = 11.25 / (18.0 + 56.0/2 + 23.0/4 + 3.0/8 = 11.25 / ( 18.0 + 28.0 + 11.5 + 0.375) = 11.25 / 57.875 = 0.1944

Исходя из величины средней крупности песка D, была предложена формула для определения оптимальной частоты вибровоздействия:

F = K / D

где,

F – оптимальная частота вибровоздействия в Гц

K – безразмерный коэффициент вычисленный экспериментально и равный 50 для мелких песков

D –величина средней крупности песка

Согласно этой формулы оптимальная частота вибровоздействия для песка Тахиа-Таш составляет

F = K / D = 50 / 0.1498 = 333.78 Гц

Для Казак, соответственно F = 50 / 0.2601 = 199.23 Гц

Для Балабан, соответственно F = 50/ 0.3707 = 135.88 Гц

Для Безлюдовка, соответственно F = 50 / 0.1944 = 257.20 Гц

Вышеприведенный математический аппарат был проверен экспериментально и показал высокую сходимость результатов (смотри Таблица 10.1.2-2)

Таблица 10.1.4-2

Карьер песка	Величина средней крупности песка D	Оптимальная частота вибрации, Гц
Опытные данные	Вычисленные данные
Тахиа-Таш	0.1498	300	333.78
Казак	0.2601	200	199.23
Балабан	0.3707	150	135.88

Опыты также подтвердили теоретическое соображение о том, что оптимальная частота вибрирования должна снижаться с увеличением средней крупности песка, но одновременно было констатировано, что со снижением среднего размера зерна эффективность виброактивации не падает, но даже несколько повышается.

Как экспериментальным путем так и эмпирическим было также доказано, что если соблюдать правило назначения оптимальной частоты виброактивации, то эффективность виброобработки растет с уменьшением величины среднего размера зерна заполнителя. С позиций физико-химической механики дисперсных систем это явление объясняется тем фактом, что при уменьшении размера зерна заполнителя, при прочих равных условиях, число зерен заполнителя в единице объема виброактивируемого раствора растет. Соответственно уменьшается и толщина пленок цементного теста обволакивающего эти зерна. А раз так, то результирующая однородность структуры цементно-песчаного камня также увеличивается, что способствует росту конечной прочности отвердевшего раствора.

10.2 Развитие учения о виброактивации цемента.

Первые же опыты по вибрационной активации вводно-цементных и вводно-цементно-песчаных паст породили жгучий интерес многих исследователей к данной проблематике. Лавинообразно множились научные труды в этом направлении. Еще больше производственников пыталось внедрить результаты этих исследований в практику.

Не всегда практический опыт подтверждал выводы ученых. В большинстве случаев это было обусловлено слабой теоретической подготовкой последователей на местах.

В специализированных научных изданиях освещающих тематику активации строительных материалов можно в изобилии встретить суждения о степени эффективности тех или иных активирующих приборов, методов и подходов. Столь же много и оценок степени их эффективности.

И хотя теме механохимии и механоактивации будет предоставлено “отдельное слово” - она достойна этого, тем не менее даже в данном изложении следует отметить некоторые, как мне кажется очень важные нюансы, - расставить акценты, чтобы предостеречь возможных последователей от тривиальных ошибок.

10.2.1 Влияние вида и скорости механического нагружения на механохимическую активность продуктов разрушения.

Наибольшую активность имеют продукты измельченные в специальных энергонапряженных мельницах – вибрационных мельницах, дезинтеграторах, планетарно-шаровых мельницах, мельницах вихревого слоя, струйные мельницы.

Во всех этих агрегатах материал измельчается или раздавливанием, или ударом, или истиранием, а обычно – всеми этими тремя методами одновременно. Но главный вклад в процесс измельчения вносит как раз измельчение путем удара.

Ударное разрушающее воздействие на материал в свою очередь можно разделить на “свободное” и “стесненное”.

Под “свободным” ударом следует понимать случай, когда обрабатываемый материал ударяется с большой скоростью о неподвижную преграду (струйная мельница – типичный образчик) или, двигаясь с небольшой скоростью подвергается воздействию механических ударных элементов движущихся с большой скоростью (дезинтегратор). После акта соприкосновения (удара) мелимое тело (обрабатываемый материал) способно изменить свою траекторию в соответствии с параметрами удара и характеристиками самого мелимого материала. Иногда “свободный” удар называют еще – “удар с отскоком”.

Под “стесненным” ударом подразумевается случай, когда частица, находящаяся в неподвижном состоянии или перемещающаяся с малой скоростью, разрушается под действием удара свободно падающего под действием сил гравитации мелющего тела (шаровая мельница), или под действием мелющего тела находящегося в поле действия инерционных сил (планетарная мельница).