автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Получение и свойства бетона с применением высоковольтного электрического разряда

На правах рукописи

р РОМАЩЕНКО

5 Наталия Михайловна

1995

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕТОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА

Специальность 05.23.05 — Строительные материалы

и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена в Военно-транспортном институте железнодорожных войск и военных сообщений.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор ГАВРИЛОВ Г. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СВАТОВСКАЯ Л. Б.;

кандидат технических наук, с. н. с.

ПИНСКЕР В. А.

Ведущее предприятие— ГИПРОЦЕМЕНТ.

Защита состоится 23 ноября 1995 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 114.03.04 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 3-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке П°тер-бургского государственного университета путей сообщения.

9/)

Автореферат разослан » октября 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. Р. ВЛАДИМИРСКИЙ

ОГДАЯ ХАРШ'ШЮТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ«. В настоящее зроыя задача поекхзния прочности бетона, увеличения скорости его твердения и экономия цемента является весьма актуальной. Это связано с необходимостью применения такого бетона для строительства, реконструкций зданий и сооружений различного назначения, а также использование бетона для быстрого возведения и восстановления различных строительных объектов в районах стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций. Кроме того, очень важной задачей является создание экономически выгодных, конкурентно-способных технологий производства железобетонные изделий и конструкций, предусматривающих уменьиениё времени тепловлажностной обработки, что приводит к .существенному снижению энергозатрат.

Решить такие задачи можно, повысив химическую активность воды затворения, при ее обработке высоковольтным электрическим разрядом.

Цель работы заключалась в получении бетона с улучеенными строительно-техническими и физико-механическими свойствами,используя высоковольтный электрический разряд (ВЭР).

Для достижения.поставленной цели решались следующие за-

1. Обосновать теоретически, и экспериментально рациональный режим активации воды затворения при параметрах разряда

V й 10 кВ, С ? 100 мкФ для получения бетона ускоренного твердения и повышенной прочности.

2. Установить характер влияния активированной воды на гидратации, твердение и структурообразование основных клинкерных минералов»цемента.и бетона.

3. Определить строительно-технические и физико-механические свойства цементных растворов и бетона с применением активированной воды и в сочетании с пластифицирующими добавками в условиях нормального твердения и при ТВО.

4. Разработать технологию и освоить получение бетона с использованием ВЭР.

Научная новизна.

Обосновано получение бетона ускоренного твердения и повышенной прочности с применением активированной высоковольтным

электрическим разрядом воды зз?вори:шя яря оптимальных пора-метрах разряда V = С кВ, С = 300 мкФ в периодическом рекиьа разряда, близком к критическому.

Определено, что воздействие на воду ВЭР приводит к повышению концонтрации ионов до 30 раз, при ото« удельное электрическое сопротивление ( £> ) падает в 2-2,5 раза, а рН повипает-ся до значений 8-0,5. Установлено, что активированная вода сохраняет свои свойства в течение 24 часов.

Впервыо обнаружено, что активированная вода является ускорителем твердения всех шнералов сортлендцзивнтного клинкера, причем наибольший прирост прочности при сжатии получен для ^ - 73* и 62,5 б I и 28 суточной возрасте соответственно.

Подтверждено штодаии элекгроннографкческого, электронно-микроскопического, Оже-элекгронно-спектрального и рентгенофазо-вого анализов ускорение ггроцессоа гидратации, твердения и струк-турообразования всех клинкерных ьшнзрадов, а также цементов на сверхранней (30 сек) и ранней 'I сутки) стадиях гидратации и в последующие сроки твердения. При этом для в 8-10

раз повышается процзсс раствогжия и структурообразования, а для алшосодержааих минералов наблюдается появление значитвль-ного количества гидратов кубинской формы.

Установлено, что для цеиезнтного каиня на основе белого (Щуровского М 400) цемента,с повышенным содержанием белитовой и алюминатной фаз при затворении активированной водой,в 2 раза' повышается ранняя прочность и на ,50)2 прочность в 28 суточном возрасте нормального твердения, при этом коэффициент белизны не меняется.

Проведенные исследования на минералах и цементах позволяют рекомендовать применение активированной ВЭР воды для получения бетона на белитовых, алгаминатных, шлакссодерлсааих цементах.

Показана возышшость совместного применения активированной ВЭР воды (АВ) и пластифицирующих добавок ЛТЙ, ЛОТ и С-3, причем с концентрацией на'0,1-0,2 % меньше, чем для контрольного состава. Определено, что при совместном использовании АВ и добавок значительно,по сравнению с каждым способом в отдельности .улучшаются технологические свойства цементных растворов бетонной смеси, повышается прочностной эффект.

До актишекая ценность.

Использования активированной методом ЮР води затворения легло в оснобу создания бетона ускоренного твердения и пови-

ЕОЛНОЙ ПРОЧНОСТИ.

Обнаружено, чго прирост ранней прочности бетона на активированной воде нереального твердения з возрасте I суток достигает -15-74',2 (в зависимости от корки дефекта 1, в 3 суточном возрасте прочность активированного бетона разна 70,2 от его марочкой прошоети. 3 28 суточном возрасте получен прирост прочности -

Установлено, что прирост прочности для бетона на основе цементов :Л 400 ня 10-15,2 выво, чем для бетона на основе цемента а 5оо.

Покапано с поздзь» метода сравнительного анализа изображений (САН), что при твердении от Р. до 8 суток уменьшение размеров н количества капиллярных и какропер у активированных образцов происходит на 18-20« интенсивнее, чел у контрольных. Обаая пористость актив!фованных образцов,по сравиешт с контрольными, з среднее на 20а '-'аным.

Определено, чго морозостойкость бетона на активированной ВБР воде на 50 циклов Сольдо, чем длл контрольного бетона.

Выявлено, что при совместном применении активированной воды и суперпа&стификагора (СП) С-3 (0,43 иасс) наблюдаемся двукратное увеличение ранне!! прочности (I сутки) В возрасте 3 суток прочность достигает марочной, а в 28 суточном возрасте прирост прочности составляет 37-43/2. Прирост прочности бетона на активированной воде и активированной воде с С-3 (0,4'д' касс) соответствует повышения на 1-2 корки (1-2 класса).

Показано, что при использования юстивированноЯ В'оР воды в технология прягстовясиия сборного железобетона при ТР,0 возмогло снижение расхода цечеита до 25» о. сохранение« показателей конструкций по прочности, гестгости, тре^иностойкости. При нормированном'расходе деивнта возможно сокращение продолжительности ТВО на 7П% или сниг.ение температуры изотершпескэго вцдер.чива-1ия до 60°, что сокращает энергозатраты на 20-30,2.

Разработана технологическая схема изготовления железобетонных: конструкций с применением ШР, вклачап.цая систему автоматического управления процессом обработки воды затворения. Данная

схема освоена с 1991 года на Вильнюсском 22! предприятия "Ренкон" v. опробована в 1994 году в тресте "Леныостострой". Технико-экономический расчет приые-шния данной технологии показывает снижеиие затрат на изготовление I м3 железобетонных изделий в 1,0-2,2 раза.

На использований способа применения высоковольтного электрического разряда для упрочнения бетонной еыеси получено авторское свидетельство I624I05 и положительное ре ив низ по заявке :? 4763733/23.

Материалы диссертации использованы в учебном процассе Воспно-транспортного института железнодорожных войск и военных сообщений и Академии тыла и транспорте, при подготовке военных специалистов для келезиодорокных войск Российской Федерации.

Основные положения работы были представлены к обсуждены на

III и 1У Всесоюзных конференциях "Электрогидрьвлический разряд s жидкости и его применение в промкаленности" (г.Николаев, 1984, 1989); Всесоюзной конференции "Применение эдактрогидравдического эффекта для механизации трудоемких'проц-зссов d строительства", (ПВШСУ г.Ленинград, I960); 10-ой Всесоюзной научно-технической конференции ВИТКУ км. ген.ар.А.Н.Комаровского (г.Ленинград, IÔS6); ХУ международной конференции силикатной промышленности и науки о силикатах "Силиконф 1989" (г.Будапешт, I9Ü9); Всесоюзной секина-ре "¿¿обильные к быстровозводимые здания, сооружения и комплексы: Опыт и перспективы" (ПВЗ'ЛСУ, г.Ленинград, 1969); Всесоюзной конференции "Разработка и внедрение перспективных технологических устройств для строительства и реконструкции народно-хозяйственных объектов в свободной экономической зона г.Ленинграда и области" (г.Ленинград, 1991); Военйо-иаучной конференции ВШШ т.А.Ф Можайского (г.Ленинград,.1991); /European conference application of surface and interface analysis. "SCASIA-91. - Budapest. 1991.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы, включавшего 154 наиыэносания и 5 приложений. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, 76 рисунков и 50 таблиц.

СОДШШМЕ РАБОТЫ

В первой гласа обосновонл ьоамокность применения высоковольтного электрического разряда для улучгения строительно-технических сройстз бетона о соответствии с современными представлениями о структуре водя, процесс гидратации, струхтурообрпзо-венкл и твердения цементного каикп и Оотонч Санкт-Петербургской, Московской, КиепскоЯ, Николаевской, Уральской опол.

ЕкзсконольтниЯ электрический разряд п .тидкости - это лроцес<* большой концентрации энергии о пс'рдонччзльно кяяом объеме какзлл разряда. Д/р-ппзон используемых рп.боч:;х напряжений изменяется -т 3 до 70 кВ. Скорости »»деления энергии 10-100 м?с. Вещество в кр.«алз разряда разогревается до ^рмпс-ратура (20-40) • Ю3К, -рм этом давление возрастает до (10-30)-КУ* ИПа. Образуется ударная велча саатик, «отсрея сопровождается улътр.аз?укояаки и е-;усти-чзскимн нолями. Б ;ш1-'ало разряда происходят слоэтше ¿изико-хиь'::» чзские процессы, сход'ша с прсцзсеааи при импульсном родкализе. Кроне того, разряд сопровождается ккпульсныки электро*'згнитными яслями.

Использование и элеятрсразр.ядчых установках явлений згкущг-ляцпй энергии л конденсаторной батарчи псзооляс1™ пропять не-больЕПу знзче:;кя потребляемой :?слиосп (25-40 кВт) и крпмкялен-ного нйггря~о!мя сътл <20 В.

Во второй Г7чэо ¡триаде'«» т^омтичосч^э распиты ощ.^г-ле' ¡.п качественных • гсг:-:гггт факторез, оог;гюв^'%дах'я:П1х «ыспковолы -наЯ ялехтрический разряд (БЭР) в воде, которое дали возможность обоснования и выбора параметров электричоского разряда и рдуимог работы олектрорагрядкой установки. При этом было отмечено, что дэйсгвае постоянного электрического поля "эиболее полно проявля-зтел в предпйсбойяой стадгип» а действие ударной волны, поротдзет-веЯ процесса кавитации, электромагнитного «-'пульспого пол;:, теплового излучения - я период протекания разряда. Установлено, что наиболее полное влияние денных факторов на воду затворения достигается при периодическом редане разряда, близком к критическому» при котором прся.-ходчт евдепекие удельной энергии л канале разряда с наибольшей скоростью. Это позволяет снизить напряжение до 3-10 кВ при электрической емкости 100-500 мкФ и уменьшить массо-габериты эяоктрораэрядноЯ установки. Определено, что время доГют-

бия разряда при таких параметрах, по сравшзнии с рекимаш при

V = 50-70 кВ и С = 0,3-10 мкФ, увеличивается в 5-10 раз к, следовательно, увеличивается время воздействия ка воду электрического и магнитного полей, что свидетельствует о наиболее полком участии в активации этих факторов. -'Кроме того, эффективность обработки воды ВЭР увеличивается по сравнению с другими электрофизическим способами,гл.мвхегизм воздействия электричэского, магнитного и ультразвукового полей на воду разныо.

Показано, что интенсивность протекания процессов в воде зависит от силовых характеристик разряда, значения которых при

V = 5-7 кВ, С = 100-500 ыкФ в несколько раз превосходят значения этих ае характеристик других электрофизических способов активации воды и водных систем. Все это позволяет считать обработку воды ЮР наиболее эффективный.способом активации.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований по определению наиболее рациональных режимов, активации воды затЕорения при параметрах 1/- 3-10 кВ, С = 100-500 цхФ;

Применяя метод математического планирования эксперимента удалось получить достоверную информация о процессе реализации полного 3 факторного эксперимента.

Исследование влияния всех основных действующих факторов проводилось по прирощению прочности на сжатие кубов -образцов цакент-но-посчаного раствора. На ряс. I приведена зависимость прироста прочности раствора от количества разрядов, которая показывает,' что приращение.прочности наиболее эффективно происходит в диапазоне 10-25 разрядов. По расхода энергии и продолнительности об-

Рис.,1. Зависимость прочности раствора на сжатие в 3 суточной возрасте от количества разрядов при

1 - 1Г = 3 кВ

2 - V = б кВ

3 - V = 9 кВ

60 п

работки воды ВЭ? в работе обоснована целесообразность исполь-

зоезния для активации води затзорения напряжения 6 кВ и емкости 300 мкФ, определена величина кежэлектродного зазора (С). В результате проведенных экспериментов установлен наиболее рациональный режим активации води затворония при параметрах электрического разряда V я б кЗ, С = 300 мнЗ, при этом количество разрядов (п) равно 20, оптимальный мекзлектродный зазор II мм.

Определено,по изменению удельного электрического сопротивления ( р ) и водородного показателя. (рН), что при выбранном режиме в воде под'воздействием.ВЗР происходит увеличение концентрации ионов до 30 раз, при этом удельное электрическое сопротивление падает в 2,5 раза, а рН повышается до значения 8-Й,5,

Экспериментально установлено» что изменение прироста прочности, а также удельного электрического сопротивления { р ), и рН происходит при одних и тех же изменениях значений энергетических параметров (рис. 2.)

Ли

9

400.

375 -

350.

125-

300-

275.

гет

>

/ } ч ч

\ ) / / » ■ \ V !

\ и Ъ 1 V \

: к

< \ •

\ к__ •< (

■ -—. Г Ъ

Рис. 2. Влияние величины мекэлектродного за -зора на прочность (I), рН(2) и .р(З).

\Г = 6 кВ; С = 300 мкЭ;

П = 20.

¡г

15

15 5 г.п

остановлено, что активированная аода сохраняет свои своист-эя в течение 24 пэсов.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных

исследований влияния активированной ВОР води затворэшш на процессы гидратации, твердения и структурообразования на составляющие гортландцемеитного клинкера - основные минералы СдЗ , Jj-CgS , С3А и C4AF.

Впервые обнаружено, что активированная ВЗР вода является ускорителем гидратации, твердения и структурообразования всех минералов клинкера.

Наибольший прирост прочности (табл.1 ) достигается на ранних стадиях твердения и составляет в возрасте I суток 43-73/S. В 2Ь суточном возрасте прирост прочности несколько ниже и равен: при сжатии 2ö-ii2», при изгибе 19-27«. Наиболее эффективное действие активированная вода оказывает на процессы твердения медленно гидратирующегося минерала JJ -^¿<3 . При этом прирост прочности на сжатие составляет в I .утки - 73^, в 28 сутки -62*i, что превышает прирост прочности трехкалициевого силиката на 30^ и 55« соответственно. При иггибе наибольший прирост прочности - 70л получен для минерала C^AF.

Установлена тенденция к снижению водопотребности (водомине-рального отношения) для всех минералов клинкера от 5 до 14,», в зависимости от природы минерала, при этом наибольшее значение снижения В/М у минерала С3А. Определено значительное (в 2-3 раза) сокращение сроков схватывания мономинерального теста нормальной густоты. Наибольшее ускорение сроков схватывания наблюдалось у ß -Cg £> и CqA. Уменьшение В/М и сроков схватывания создает условия для ускорения процессов гидратации и твердения, а тпгае для образования более плотной и прочной структуры.

Исследования методами электроннографического (ЭГА), электронно-микроскопического, Оже-электронно-спектроскопического и рентгенофазового анализов подтвердили ускорение процессов гидратации, твердения и структурообразования всех минералов,начиная со сверхранней (ЗОсек) и ранней стадий . гидратации, а также во гее. последующие сроки твердения.

С помощью метода электронно-микроскопического анализа поверхности сколов минералов на сверхранней (30 сек) стадии гидратации определено ускорение начальных процессов гидратации для всех минералов. При этом б значительной степени (вБ-Ю раз)ускоряются процессы растворения и структурообразования для J5 -CgfS (рис. 3), при этом на поверхности минерала наблюдается хорояо

С" I

и о

0 KV®

Р.У г: о к

С! И О

3 Я

S U (О

H Í-П

к о tí. та ja,

1 . о

О (Î1

НО гз

S&

е« !

о с

0

ill s •

« X к го

H й ÍÍ

w о с

tío

1 о

о и m et о

O |.i, ti G

it I О о

ärH

sos:

п с; o

S E я ra cj Я o fr! O c£

S

Ct

¡ on

о и

o p, »'•) я

t- I CJ o

0 sr.s-

1

S <1 НИИ

к о

•35 р. ГС

• о

. ^

I о я о ю и: о о о, ta Ь

w 1 5 i

P.

o o я

p. a 4 5"

cq r í

U"J rs< С\!

in о г-

■-Г} СП СО CD

C\1 io H ы w

t-1 о со о

О СО О Oí

W Í» Ю н И Oí

ю m со ч1 now

'S* to LO о со i-¡ ел

1-1 M СО СО

~0 С '1 о ю

Ю Сд С З £>

О 14 Oí О!

ci ir> en Ci с- ai vo «5

00 LO н-1 ГО С- '.о D- "Г

О w (М ц>

Л SÜ о оэ

I1 cö 01

о он m

л мч о

¡5 to ю -i

со го о со

ÜJ О £> О

!> СО 1-1

M С\! •s?

о о ю •-Ч с-: г>

со о |-( со

со

CVJ

О В 01

t- -ч* oí и.

oí ю о о О ¡> 0Í is

оГ ОЭ Tf

СГ> О И и

t-t to -ч1 оэ W м" w to

i со г> о

M

с\г я w CÍ <0

О OJ !-Ч

II) О Û1

с-; w

55 й 8

( 3 tQ S"

ю oí о

vj» чд!

н ó

Oí

ClKOf;

^r n w

í—' «O Ю

w i" о" со

О О Ы ¡o

LO Oí СО ! ' i

а.

»

^ £

г

V' -

>ч

о ] 1

л ■ ч.

ц ^ л

ч

> Ч -ч,-

X/

> Г:-

■ лч

V*

-- . - <

</ г

>* -

Л

-Ч

/ .

Д X.1, 4

1

Рис. 3. Поверхность скола минерала - С2$,;срок гидратации-30 сек а - контрольный образец , б, в, г - активированный образец .

Ь

закристаллизованные волокнистые гидросиликаты кальция размером 1,5 j.!km и сферолитм, состоящие из тонких гексагональных пластин состава Са (ОН);?. Для атемосодержаших минералов наблюдается появление значительного количества гидратов кубической формы. Проведенные исследования позволяют рекомендовать применение активированной води для получения бетона на белитовых, алюминатннх, шлакосодержащих цементах.

В пятой главе представлены данные проведенных исследований по влиянию активированной воды (АВ), а также активированной воды в сочетании с пластифицирующими добавками ЛСТ, ЛТМ и С-3 на свойства цементного камня и бетона.

Исследованиями, проведенными на цементной пасте, установлено, что при затворении активированной водой (АВ) цементов М 400 наблюдается пластифицирующий эффект, при этом В/Ц снижается на 6-7$, расплыв конуса увеличивается на 7$.

Прирост ранней прочности цементной пасты (табл.2) составляет в возрасте I суток 87-95/«, в 28 суточном возрасте 47-56'¡2 ив возрасте I года 24-Зб£ по сравнению с контрольными образцами, причем для цементов М 400 npifpocr прочности в разные сроки твердения вше, чем для цементного камня на основе цемента М 500. В ходе эксперимента установлено, что для цементного камня на основе белого (Щуровского'М 400) цемента, с повыаенным содержанием белитовой и алюмматной фаз, затворенного активированной водой .вдвое повышается ранняя прочность и на 502 прочность в 28 суточном возрасте, без изменения коэффициента белизны, что является существенным фактором при выполнении архитектурной отделки зданий и изготовлении предметов декоративно-прикладного искусства.

С помощью рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов цементного хакнп подтверждены исследования, праве,цен-нив на минералах.

Методом сравнительного анализа изображений (САИ) и по данным обсчета с помощью ЭВМ количества пор и распределения пор по размерам определено, что в начальный период твердения от 2 до 8 суток зарастание капиллярных и макропор происходит на 15-18,? интенсивнее у активированных образцов, чей у контрольных. Общая пористость активированных образцов в среднем на 2Оа меньше, чем контрольных. Это характеризует структуру активированных образцов ,как структуру с более однородным морфологическим соста-

Таблица 2.

Зависимость прочности цементных образцов, приготовленных на активированной электрическими разрядами воде с применением С-3 от вида и марки цемента, .Ша , %

Завод изгояо- Обработка Прочность на сжатие Прочность на изгиб

йитель и мар- воды оат- I сутки 3 28 сутки 6 I год I сутки 3 26.сутки_

ка шичпа вовеиия Й ГгРи_ в ПРИ_ 5 ПРИ" Р ПРИ- СУТ- С ПРИ"

цемлиги 1>орек.1Е Ксж рост, 0 Кож рост. р лск рост. ьизГрост « * из г. . рост

гточ. *сж сж проч. проч. кизг. ""¡г04-

4 к> % % %

—-—-----—^——----1—■—-——- —.....—1—- 1—■ ...................... ............■——

Пикалевский 1Ш 20,6 00 35,9 64,5 . • 74.6 87,1 6,3 7,3 8,6

У, 400 №■¡•0-3 31,7. -53 53,2 74,7 "24 83,0 97,5 12 7,1 .13 9,1 9,7 12

АВ ЗЭ,6 92 59,3 94,3 56 107,0 Ни,7 36 7,6 21 8,9 10,5 22

АРн-С- -3 42,5 106 62,7 100,4 ,66 113,2 124,6 ' .43 7,9 .25 10,8. 11,3 31

'¿О'ЛГОрОДСКИЙ КВ 23,4 42,5 72,5 89,5 98,4 7,2 7,9 9,4

М 500 ка^с. -3 37,2 59 57,5 94,3 .30 103,6 114,1 18 8,2 15 8,9 II, I 18

АВ 43,8 87 64,6 105,5. . 47 116,7 122,0 24 8,8 23 9,3 11,9 '26

АВ-тС- -!) ''.0 5 О .99 69,Г 114,5 '58 125,6 133,9 36 9,2 "28 9,8 12,7 .33

Шуросский КВ 17,2 31,8 51,5 - 6,0 7,9 8,9

4со КВ*С- 20,5 £0 45,3 60,1 17 - - - 7,3 22 8,1 10,5 18

Соалым) АЗ 33,6 .95 60,5 78,3 52 ■* - - 7,8 30 9,9 10,7 '20

лв+с. -3 37,4.117 67,5 84,6 64 - - - 8,1 35 10,8 11,5 .29

Примечание: КЗ - контрольная (водопроводная) вода, АВ - активированная вода, С-3 (0,4 % от)

sow, з которой преобладают частицы с более мелкими размерам.

Установлено, что для бетона также, как для минералов и цементной пасты, активированная вода наиболее эффективное действие оказывает в начальный период твердения. Экспериментально определено, что прирост прочности активированного бетона нормального твердения (табл.3) в возрасте I суток достигает 45-74& (в зависимости от марки цемента). В 3 суточном возрасте прочность бетона равна 70% от его требуемой средней прочности (марки бетона). В 28 суточном возраста получен прирост прочности, равный 24-29Й.

Установлено, что прирост ранней прочности для бетона на основе цементов М 400 на 15-20,», а в 28 суток на 5-10,Í вызе, чем для активированного бетона на цементе М 500.

Морозостойкость определялась по ГОСТу 10060-67. Активированный бетон ведерная испытания до 200 циклов, что на 50 циклов больше, чем у контрольного бетона.

В ходе эксперимента было опробовано совместное применение активированной ВЭР воды и пластифицирующих добавок ЛОТ, ЛТП и С-3 с концентрацией 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 и 1% от веса цемента. В результате исследований было установлено, что при совместном применении АВ и добавок возможно - снижение концентрации добавок на 0,1-0,2%.

Выявлено, что эффект от действия АВ и добавок при их совместном использовании усиливается по сравнению с применением каждого способа в отдельности. При этом улучшаются технологические свойства цементного раствора и бетонной смеси, повышается прочностной эффект. Определено, что наиболее эффективно в комплексе с АВ применение С-3 с концентрацией 0,4'й от веса цемента. Осадка конуса бетонной смеси, затворенной на активированной воде (АВ) увеличивается на 2о%, я при совместном использовании АВ и С-3 в 3,5 раза.

Прочность цементного камня в I сутки увеличивается на 90-II7-¿, в 28 сутки на 58-66$. Для батона з первые сутки достигается двухкратное увеличение прочности, з 3 суточном возрасте прочность достигав? марочной, что является вгаюшм технологически.'.! фактором при производстве работ, связанных с бетонированием в полевых условиях.

3 28 суточном возрасте прочность увеличиваете:-: на 37-43Á. Прирост прочности бетона на ЛВ и A3 о С-3 соответствует поюгав-ккл на 1-2 ютрки (1-2 класса).

15

Таблица 3.

Прочность при сжатии бетона на основе активированной воды и СП С—3 0,4% от веса цемента

Вид Обработка В/Ц Прочность на сжатие в воз-

цемента , воды расте (сут.)

завод затвотэения 26

готовитель I 3

Пикалевский -Контрольная 0,45 9,8 17,9 33,7

М 400 вода 30 53 100

Активиро- 0,43 ЛЛ 25,2 43,5

ванная вода 51 75 129

Активиро- 0,38 21,9 33,2 49,5

ванная вода 65 99 147

+ С-3 (0,454)

Белгородский Контрольная 0,45 28,5 50^1

й 500 вода 31 57 100

Активиро- 0,43 62,1

ванная вода 45 74 124

Активиро- 0,38 31,2 48,6 71,6

ванная вода 62 97 143

+ С-3 (0,42)

Примечание: I. Состав бетона 1:1,41:2,95,-расход цемента 400 кг/м3 2. Над адртой - предел прочности на сжатие в Ш1а,

под чертой - прирост прочности в 28 суткам нор-

■ мального твердения-в %. .

В шестой главе предстаалзна разработанная технологическая схема изготовления нелеэобетояных конструкций с применением В3$из41

Показано, что предлагаемое оборудование для активации воды затсорения ЮР, имеет небольшие габариты, энергоемкость, и нз требует дополнительных производственных плосадей, легко вписывается в существующие технологические схемы приготовления бетона. Отмечено, что.автоматизация процесса обработки воды ВЭР и соблюдений «ар безопасности.повышает надежность созданного оборудования.

Производственные испытания опытного бетона и. конструкций показали иозкоаиость снижения расхода цемента на. 20-25£ при сохранении расчетной прочности бетона (табл. 4). В условиях произ-

_L_______L______1_______J

Рис. 4., Технологическая схема изготовления железобетонных конструкция с применением высоковольтного электрического разряда: I - Активация воды зат-ворения. II - Цриготовление бетонной смеси. III - Укладка и ¿Формование бетона. 1У - Тепловлажносгная обработка изделий. У - Последующий набор прочности бетонных изделий.

I - водопровод; 2- клапан; 3- пульт управления; 4- технологическая камера;

5- датчик верхнего уровня; 6- глектроды; 7- электромагнитный клапан;

6- накопитель; 9- датчик нижнего уровня; 10- электронасос; II- водопровод; 12 -бетоносмеситель; 13- счетчик воды; 14- дозатор суперпласти£ккатора;

15- чозатор песка; Ifc- дозатор ^ебня; 17- дозатор'цемента; 18- энергетический

Таблица 4

Влияние снижения расхода цемента на прочность бетона, затворенного на воде, обработанной высоковольтными электрическими разрядами, и подвергнутого ТВО по режиму 2+3+6+2 ч при температуре изотермического вцдерживания 80°С

№ опыта Состав бетона , кг Осадка конуса, см Сокращение расхода цемента, % Прочноот: ь бетона на 1 сжатие, ЬШа

цемент песок ¡»ебеяь В/Ц через 4 часа после ТВО После ТВО я суток I возрасте, ■ 28

I 440 540 1250 0,43 3...4 Контрольный 24,5 26,9 34,4

2 440 540 1250 0,33 6...7 0 43,3 44,6 52,5

3 374 629 1250 5.. .6 15 29,3 32,0 39,2

4 352 . 645 1250 4...5 20 26,6 28,2 36,7

5 330 710 1250 * 3...4 25 25,9 26,8 34,3

6 303 756 1250 2...3 30 20,5 22,6 29,е

Примечание: В опытах 2,3,4,5,6 вода обрабатывалась высоковольтными электрическими разряда-ИИ при V « 6 кВ, С в 300 кк®, П = 300 разрядов, Ук » 70 дк3, С-3 0,4 % от веса цемента.

водства било опробована и подтверждена,установленная в лабораторных условиях, возможность сокращения времени изотермического выдергивания. Результаты экспериментов приведены в табл.5. Для набора отпускной прочности без сокращения расхода цемента достаточно 2,5 часов изотермического выдерживания. Таким образом, обаая продолжительность ТЗО сократится с 13 до 9,5 часов, что составляет 27«. При сниженном расходе цемента достаточно 5 чзсов изотермического выдерксивания, при этом цикл ТЗО сокращается на 8,о. Кроме того, установлена возможность снижения температуры изотермического выдерживания до 60° с сокращением времени подъема температуры до 2 часов, при этом обций цикл ТВО составляет 12 часов . Все это приводит к снижению энергозатрат на 10-30 %.

Испытания опытных конструкций нагруттениеы показали, что снижение расхода цемента до 25.« при использовании активированной воды совместно с С-3(0,4^масс) не влияет на изменение жесткости и трещиностойкости конструкций.

Предложенная в работе технологическая схема изготовления железобетонных конструкций с применением ВЭР с 1991 года освоена на Вильнюсском ЖШ предприятия "Ренкон" и опробована в 1994 году в тресте "Ленмостострой".

Технико-экономический расчет показывает, что применение данной технологии позволяет снизить затраты на изготовление I мэ железобетонных изделий в 1,8-2,2 раза.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. С учетом воздействия на воду затворения высоковольтного электрического разряда (ВЭР) при обоснованных в работе параметрах кВ, С ^ 100 мкй предложена технология получения бетона ускоренного твердения и повышенной прочности. Основой воздействия является повышение физико-химической активности воды при ВЭР. Способ активации воды затворения ЮР является экологически чистым и безопасным при соблюдении соответствующих мер в условиях производства.

2. Установлено в ходе предварительных экспериментов, что наиболее эффективная активация воды затворения достигается при применении напряжения, равного б кЗ и емкости 300 мкФ, при этом обеспечивается периодический режим разряда, близкий к критическому, который позволяет передать максимальную мощность от источ-

Таблица 5

.Влияние продолжительности изотермического выдеркявания при ТВО на прочность бетона, зат-ворена«?®-' на воде, обработанной высоковольтными электрическими разрядами, в зависимости ст расхода цемента •

К'

опыта

м о

Режим обработки Состав бетона воды эатворзщш по массе, кг

' Ё

й о

■■•».-. О

' в : О

■И К

Снижение расхода цемента по д отношению

ё к контр. ■ ■■ ^ составу.. % вг га' . .

вода не

обрабатывалась

V = 6 кБ

С » 300 ¡¡¡Я

П = 300 разряде

5 = 13 км

V; ,= 70 'да3

440 540 1250 0,43 -440 540 1250.0,33 -

330 710 1250 0.-38 25

Прочность бетона на сжатие через 4 часа после ТВО, МПа/52 от средней прочности контрольного бетона в 28 суточном возрасте__

Изотермическое выдерживание, ч

24,5 - -70

39,2 38,4 37,1 3.2,2 20.0

112 109,6 106 92 57

25,3 72

24,2 69

¿Ы-

66

19,2 13,6 55 39

1шял к приемнику экаргаи-всдэ затворешя.

3. Определено по изменении удельного электрического сопротивления ( 3> ) и водородного показателя (рН), что в воде под действием БЭР происходит увеличение концентрации ионов до 30 раз, при этом удельное электрическое сопротивление падает в 2,5 раза, а р!1 повышается до значений.8-8,5 . Активированная вода сохраняет свои свойства в течение 24 часов.

4. Впервые обнаружено,' что активированная ВЗР сода является ускорителем твердения всех составлк-иих портландцементного клинкера. Прирост, прочности з возрасте I суток составляет 4373%, в 23 суточном возрасте 62$,' причем максимальный прирост прслостя на 'сжатие получен для дтлнерала. С^З - 73£ н 62» в I и 28 суточнсн.возрасте.ссответстсвино.

Установлено, что водопстребность-моноаинерального теста нормальной густоты уменьшается ка 5-14$»'"в'зависимости от природы минерала, при этом наибольшее значение снижения В/П у минерала С^А. Определено • значительное ' (в 2-3 раза) ускорение сроков схватывания, какбольгеа ускорение достигается для минералов £ —С^Й и СдА.

5. Подтг,<зр*здо!!о исследованием изтодаки злеятроннсграф^чес-кого, олектро!жо-ь-лтфоско1я»чоского, Ог.е-электронно-спектраль-ного и рентгспофаэ'сгого анализов ускорение процессов гидратации твердения и. струзггурсобразоаоь'яя- всех иадаралов ка сверхранней (30 сек), ранкзЯ (I сутки) стадий гидратации к о последушие сроки твердонпя. При этом для в 8-10 раз повшаются процсс-сп растворения к струхтурообраэования, -а'.дяя алшоеодержащих минералов кабявдае^ся появленке- значительного количества гидратов кубической форте.. Проведение, наследования позволяют рекомендовать применение активированной води для получения бетона на белятоЕЫх, алюмиизтных, даакосодершзих цемента*.--

6. Исследованиями, прокоденнши на цементной насте, установлено, что при затворенаи активированной содой (АЗ) цементов

М 400 наблюдается пластифяцирутоий.аффект, при этом В/Ц снижается на 6-72, расплнв конуса увеличивается ка 4%. Прирост равной прочности цементной пасти составляет: в возрасте I суток - Н7-95«, в 28 суточном возрасте -47-56/1 и в возрасте I года -24 -362. по сравнения с контрольными образцами, причем для цементов М 400 Пикалевского и Щуровского белого (с поваленным содержанием бели-товой и алшянатной фаз) прирост прочности в разные сроки твер-

2.1

дения выае, чем для цементного камня на основа цемента и 500. Для белого цемента, затворенного активированной водой.кооффи-циент белизны но изменяется

С помощью рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов цементного камня подтверждены исследования проведенные на минералах.

Показана с помочью метода сравнительного анализа изображений (САИ), что при твердений от 2 до 8 суток уменьшение размеров к количества капиллярных у. аакрепор у активированных образцов происходит на 16-20» интансизкео, чем у контрольных. Оо'иая пористость активированных образцов,по сравнения с контрольными, ь среднем на 20^ меньше.

7. Установлено, что для бетона также,как для минералов и цементной пасты,активированная вода наиболее эффективнее действие оказывает в начальный период твердения. Обнаружено, что прирост ранней прочности активированного бетона нормального твердения в возрасте I суток достигает 45-745» (в зависимости от марки цемента). В 3 суточной возрасте прочность бетона равна 70,2 от его требуемой средней прочности (карки бетона). В 23 суточном возрасте получен прирост прочности разный 24-29%.

Установлено, что прирост ран.¡ей прочности для бетона на основе цементов М 400 на 15-205».а в 23 суток на 5-10,2 выае, чем для активированного бетона на цементе ¡й 500.

Определено, что морозостойкость бетона на активированной воде на 50 циклов балыхэ, чей для контрольного бетона.

8. Показано, что при использовании активированной воды в технологии сборного железобетона прч ТВЭ возможно снижение расхода цемента до 252 при сохранении показателей конструкций по прочности, жесткости и треоикостойкости. При нормированном расходе цеиента возможно сокращение продолжительности ТВО на 27% или снижение температуры изотермического ввдеркивания до 60°, что сокращает энергозатраты на 20-30^.

9. Доказана возможность совмостного применения активированной ВЭР воды (АВ) и пластифицирующих добавок ЛТИ, ЛОТ и С-3, причем с концентрацией на 0,1-0,2 % меньше, чеьз в контрольной варианте. Определено, что при совместном использовании АВ и добавок значительно,по сравнению с каждым способом в отдельности,улу*ь каются реологические свойства цементного теста и бетонной смеси

и повышается прочностной эффект. Выявлено, что наиболее эффектив-

но применение б сочгтанчн с. активированной во;;,о:*. (АЗ) су^эр-пяастификатсра (СП) С-3 о кочнеятрзцвой 0,4 % от веса цемента. Для бетона на АЗ и С-3 (0,4« масс) наблюдается двухкратный прирост прочности з I сутки, а в 3 суточной возрасте прочность достигает карочнсй. В 2К суток прирост »точности составляет 37-43,1. Прирост прочности бетона на гктигированной воде и АЗ с С-3 соответствует пояглегаго на 1-2 марк;; (1-2 масса).

10. Ралпг-богач! технологическая схема изготовления желсоо-бетонних конструкция с прикснениеч ВОР, ттчэ.?. систему автоматического угсраъчэшт процессом обработки вод«' сотворения. }1аншн схема с 1991 года освоена на Вильнюсском ?.ьИ предприятия "Г-энксн" и опробована в 1994 году в тресте "Локиостострой" .

Технйко-акономичзскай расчет использования данной технологии показывает снижоние затрат на изготовление I м3 железобетонных изделий в 1,8-2,2 раза.

11. Ка использование способа применения высоковольтного электрического разряда для упрочне;гля бетонной смеси получено авторское свидетельство 1624105 и пологмтельней решение

по заявке !? 4763733/23.

Натеркапы диссертация использованы в учебно« процессе Военно-транспортного института яелезнодеротмых вс2ск и военных сооэценчй и .'и:глс;-;:!и тыла и транспорта при подготовке военных спэгдалистов для келознодерохгшх войск Российской Федерации.

Основшз поло.глк;:л диссертации -оцубллктеаны в ргиотах;

I. Ромааенхо П."., Кадугакин Ю.В. Кзкензкке свойств воды под действием вксоково-п-тного ялентрического разряда // Тез. докл. Все-соязной кону." Применение элсхгрогядравлпческого эффект для механизации трудоемких процессов в строительстве". -Д.1985-С.

10-12.

Гавридоа ГЛк, Кадупткии Ю.З..Ромашепяо Й.Ы., Трзнихин В.В,, Результаты исследований по обработке воды для затвореняя бетонной смеси // Тез.докл.Х-Всесспзной научно-технической ксч$аррн-ции ШНУ км.гон.ар.А.Н.Комзровского -Л.1966.-С.41-43.

3. Гаврилов Г.Н., Журий И.Г., Ромащенко Н.Ы,. Изготовление материалов с задян-щми свойствами на основе применения ^.-рывк-^их-ся проводников / 3 сб. "Получение и обработка матери-!.;

ким давленном". -Минск: Наука и техника. 1987.-С.55-56

4. Ромаиенко U.M., Гаврилою Г.Н., Козырева H.A. Влияние воды зат-ворения обработанной электрическими разрядами на ранней стадии гидратации минералов горгландцементного клинкера //Тез.докл.

1У Всесоюзной конференции "Электрогидравлический разряд в жидкости '! гте применение". -Киев:Н.Думка, IS89.-C.I7-20.

5. Гаврилов Г.Н., Нурий И.Г., Курков В.И., Ромашенко H.Ü. Влияние электрического разряда на свойства цементного катя //Тез.доклада 1У Всесоюзной конференции "Электрогидравлический разряд

в жидкости и его применение " . -Киев: II.Думка. 19<£.С.21-22.

6. Гаврилов Г.Н., Ромааенко H.a., Кадуикин Ю.В. Курков В .И., Тренихин В.В. Применение электрического разряда для улучшения физико-механических характеристик цементов и бетонов // Тез. докл. 2У Всесоюзной конференции "Электрогидравлический разряд в жидкости и его применение". -Киев:К.Думка. 19ЬУ.-С.32.

7. Гаврилов Г.Н., Ромаденко H.U., Козырева H.A. Характер взаимодействия минералов порглаидцементного клинкера с водой, обработанной электрическим разрядом // Тез.докл. }У Международной конференции силикатной проашленности и науки о силикатах "Силиконф Ь9". -Венгрия, Будапешт, 19Ь9.

8. Гаврилов Г.Н., Егоров А.Л., Курий И.Г., Ромащенко H.H. Обработка водоцементных смесей электроимпульсным способом при изготовлении конструкций из бетона // Tea. докл. Всесоюзного семинара "¡¡¡обильные и быстровозЕодимке здания, сооружения и комплексы: опыт и перспективы" - Л.ПВВИСУ, IS69.C.40-4I.

9. Гаврилов Г.Н., Егоров А.Л., Еурий И.Г., Ромаденко U.U. Способ активации водоцементных суспензий / Пол.рол.по заявке

5? 4763733/23-33 - 1989.

10. Гаврилов Г.Н., Кадуошин Ю.В., Ромаденко K.M. Использование энергии электрического разряда для активации воды эатворсния в технологии приготовления сборного железобетона. Отчэт по КИР » I5-&5 . -Л.ВДВ и ВОСО, 1989. • 224 с.

11. A.C."№ I624I05, Гаврилов Г.Н., Гаврилов Д.Г., Нурий И.Г., Ромааонко H.Ü. Способ изготовления куполообразных конструкций из фибробатона и устройств для его осуществления - Ш, 1990.

12. Ромаденко H.H., Гаврилов Г.Н., Журий И.Г. Улучшение физико-механических характеристик строительных материалов на основе использования высоковольтного электрического разряда // Тез. докл. Всесоюзной конференции "Разработка и внедрение перспек-

тивных технологических устройств для строительства и реконструкции народнохозяйственных объектов в свободной экономической эоке г.Ленинграда и области". -Л.1991.-С.Ш-89.

13- Gavrilov G.N.. Romashenko N.M., Ivanov V.sh. Composition determination of cements surfaces. /European conference application of surface and interface analysis. "SCASIA-91. - Budapest, 1991.

14. Гаврилов Г.Н., Ромащенко H.M., Петров К.В., Тренихин В.В. К вопросу об электрогидравлической активации водоцементной суспензии // Тез.докл. Военно-научной конференции ВИКИ им. A.S.Можайского. -JLI99I.-C.I5-I6.

15. Ромаценко Н.й., Влияние активированной £оды на гидратацию и твердение цементов/ Информациошо-реферстивный сборник Ji 24(36) С-Пб, ВАТТ, 1995.-С.35.

Подписано к печати 18.10.95г. Усл.печ.л. 1,5

Печать офсетная. Ьуюта для множит.апп. Формат £Сх84 1/16 Ти£зж 1и. экз. саказ № _______