автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние электромагнитного воздействия на свойства бетонной смеси и бетона

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА Í Теоретические и практические предпосылки термообработки бетона В

1 Л 0 оз о р т ери оо бра б от ки б ет она ~~ ~ В

1.2 Развитие бетонирования с электроразогревом бетонной смеси Í

1.3 Анализ работ по использованию электромагнитных воздействий при производстве бетона

1.4 Теоретические положения и задачи исследования по знергообработке бетонной смеси магнитным полем

ГЛАВА 2 Зависимость свойств бетонной смеси и бетона от электромагнитных воздействий

2.1 Методика исследования и оборудование

2.2 Значение момента и продолжительности электромагнитной обработки

2.3 Нчет вибродвижения бетонной смеси

2.4 Взаимосвязь напряженности магнитного поля и свойств бетонной смеси у. бетона 4 ^

2.5 Влияние состава бетонной смеси

2.6 Знергия и прочность бетона

ГЛАВА 3 Исследование магнитного поля и конструирование устройства для магнитной обработки бетонной смеси

3.1 Анализ удельной индуктивности злектроразогреватель-ных устройств

3.2 Исследование магнитной составляющей поля

3.3 Зависимость напряженности от количества витков* сердечника и влияния экрана ?

3.4 Принципы конструирования и расчет устройства для магнитной обработки бетонной смеси

3.5 Многофакторная оценка влияния напряженности, .момента начала и продолжительности обработки на прочность бетона ??

ГЛАВА 4 Проверка результатов исследований в производственных условиях

4 Л Технологические линии

4.2 Замер и контроль электротехнических параметров и прочности

4.3 Экономическая эффективность электромагнитных воздействий

ОБЩИЕ ВЫВОЛЫ

На современном этапе развития строительной индустрии, главенствующее место среди строительных материалов занимает монолитный и сборный яелезобетон. Объемы его применения дос-тигаютсотен миллионов кубйческих~метров в год, поэтому по--в мнение качества изделий из бетонаии^елезяНехона, а также применение энергосберегающих технологий при производстве бетонных работ имеют первостепенное значение.

В настоящее время, когда задача количественного роста восновном реиена, главными вопросами дальнейшего развития строительства стали вопросы качества, надежности и долговечности конструкций, качества бетона.в частности его прочностных и деформативных характеристика также экологичноети производства. Улучшение структурных свойств, бетона напрямую зависит от технологии энергообработки.

В процессе энергообработки материалов изменяются их технологические свойства. Во всех случаях оптимальный реаим энергообработкк определяется технологическими свойствами материала и закономерностями их изменения. Для такого сложного вещества, как бетон, с котором помимо«Фазовых происходят и химические превращения ваше сказанное приобретает осооый смысл. Конечный результат различных воздействий на. бетонную смесь зависит от момента приложения, их интенсивности и длительности, и определяется согласованностью этих Факторов с процессами, протекающими в цементном тесте.

Основным способом энергообработки бетона на существующих предприятиях сборных железобетонных изделий является внешний паропрогрев. Данный; метод энергоемок и плохо регулируем. кроме того, при изготовлении крупноразмерных изделий, нару-иает структуру, снижая качество бетона. Более прогрессивны в этом плане методы и технологии в основе которых лежит использование ;электроэнергии, позволяющие вносить тепло внутрь и давдиё возможность" управлять процессами твердения. Одним из таких- методов—является предварительный электроразогрев бетонной смеси, обладающий множеством положительных качеств, возможности которого далеко не исчерпаны, в частности, при использовании электромагнитных воздействий.

Электромагнитное воздействие-это одно из четырех Фундаментальных воздействий в природе, которое влияет на всеттро-цессы в природе, не исключая и бетон.

Магнитное поле изменяет структуру и свойств ГШШтво-ров.Внешнее магнитное поле изменяет распределение нлотности электронных облаков, а также поляризует молекулы воды. Это влечет за собой изменение энергии взаимодействия ионов с молекулами, составляющими непосредственное окрумениеСближняя гидратация), и "разрыхляет" близлежащие объемы воды, делая молекулы более подвижными. Таким образом меняется структура растворах.бетонной смеси) и стеречь гидратации цемента. Однако в практике строительства, использование электромагнитного воздействия сводилось в основном к индукционному нагреву и использованию омагниченой воды затворения, непостоянство химического состава которой приводило к большой нестабильности получаемых результатов. На основе этого выдвинута гипотеза о положительном влиянии магнитной составляющей электромагнитного поля при непосредственном воздействии на бетонную смесь до начала схватывания и при наличии направленного движения частиц смеси. ~.".—— б

В данной работе изложены результаты экспериментального и теоретического исследования влияния электромагнитного поля на свойства бетонной смеси и бетона* Изменения характеристик исследованы в сравмнии с аналогичными для бетона стандартного тепловлежкоетного твердения»

Проведены экспериментальные исследования по выявлениш ^а,-висимости свойств бетонной смеси и бетона от параметров электромагнитной обработки. Получение данные позволили установить оптимальные значения режимных параметров, использование которых позволяет улучшить конечные структурные и технологические свойства." бетона,-— ---------

Экспериментальные результаты были использованы при проектировании устройства31йДя 1 знергообработки бетонной смеси электромагнитным полем. Созданное и испытанное на полигоне ВлГУ устрсШство-синэргоактиватор, осуществляющее помимо других знерговоздействий, электромагнитную обработку внедрено на АО "Бисипор", Производственные испытания показли высокую эффективность технологии, и улучшение качества, полученного бетона.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Ь - ширина, м;

Е - напряженность электрического поля, В/м;

Р - сила, Н;; в - вес, нагрузка, Н; ----------------------

Ь - высота, м; I - сила'тока, А; I - плотность тока, А/м2; к - коэффициент; 1-длина, м; N - число раз;

Р - электрическая мощность, Вт;--------------------------------------------

Н - напряженность магнитного поля, А/м; Б - площадь, м2;

И - прочность, Па; ------------г - омическое сопротивление, Ом; Т - время, с, ч, сут.;

I- температура, (С;

II- напряжение электрическое, В;

V - объем, мЗ;

V - скорость, м/с,

W- электроэнергия, Вт ч; у- объемная масса, кг/м; А-прирост величин; 8- толщина, м; цО-магнитная постоянная 1,26* 10-6, Гн/м г]- коэффициент полезного действия; í -частота, Гц; магнитная восприимчивость; --------------------------р- удельное электрическое сопротивление, Ом м; Ъ-индуктивность, Гн .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате теоретических и экспериментальных исследований с проверкой в производственных условиях установлено:

1. Использование энергии электромагнитного поля, достигающей значения 2,6кВтч/м, для обработки подвижной, вибродвижущейся смеси до начала схватывания и при постепенном остывании, увеличивает прочность бетона на 3-4МПа во всех возрастах.

2. Отмечено увеличение магнитной восприимчивости бетонной смеси на 10-122 и соответствующее ему снижение удельного сопротивления, приводящее к росту гидратации цемента, что подтверждается химическим связыванием воды.

3. Обнаружен волнообразный характер зависимости свойств бетонной смеси от напряженности магнитного поля. Исходя из результатов экспериментов найдены оптимальная напряженность равная ?2кА/м. и продолжительность обработки смеси от 0.5 до 1 мин.

4. На основе анализа ЗРУ разработаны принципы конструирования устройства для электромагнитной обработки смеси увеличивающие его индуктивность в 2 3 раза за счет установки электромагнита с сердечником. КПД воздействия составляет 0,4 и снижается при увеличении энергии.

5. Исследованы параметры магпитной составляющей поля по плоскостям и влияние на нее кол:*Ч":-тва витков обмотки, сердечника и экрана. Оптимальная нанг ценность получена при использовании внутреннего злектр- с - кита с сердечником из электротехнической стали, количеством витков равным 2800 и при наличии стального внешнего экрана.

---------- 101

6. Практические испытания синзргоактмватора на полигоне ВлГУ с дополнительной элкектромагнктной обработкой смеси подтвердили результаты экстремального планирования и адекватность полученного уравнения.

•. 'Разработаны технологические схемы бетонирования изделий б производственных условиях производительностью до 40 м/смеку, потребляемой мощностью 150кЗт и затратами энергии 30-50кВТч. Использование электромагнитного воздействия позволяет сократить расход цемента на 15-20?. а с учетом всего комплекса воздействий до 402.

1. Акустическая и магнитная обработка веществ. Сб., Новочеркасского .политехнического института, 1966, N 9 138 с.

2. Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу воды М., Наука, 1971. 256 с. ------------------------------

3. Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем. Сб. второго всесоюзного совещания. М. Цвртметин-фориация, 1371. 310 с.

4. Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем. Сб. третьего всесоюзного совещания. Новочеркасск йздат-во Новочеркасского политехнического института, 1975. 265 с.

5. Второй иевдунаридный симпозиум по зимнему бетонипора-нию.М.: Стройиздат,1975. 374 с.

6. Бетонирование при низких отрицательных температурах. Новокузнецк: И з д.' . р о л Н И И а е л е з о б е т о н, 1965. 121 с.

7. Бетонирована- с непрерывным виброэлектроразогревок смз~и. Сб. научи. :рудав. 'ладииир.: 8ПИ, 1385. 235 с. З.ЛслериоЛ:' А'Л-з, ^Гб.ьой р-згиснальксД конфер-" и и туп в наукуфориирогание юорчоскзй личности интенер-. Кс-улги«:.: Изд.КВЗКИГУ. Г-'?7. 41.5 с.

8. Матерла;;£.: у.нудного конгресса по зимнему бет нию.М.: Сгройк д.-т . 126 с.

9. Непрерывный ■••к:роразогрев бетонной смеси в стрлитег.ь;.т-ве.Л.: Изд.ЛИСИ.;991. 118 с.

10. Обобщение пр-игики зимнего бетонирования с плектр--расогревом смеси. Новосибирск: Главновосибирскстрой,1973. 214 .i 04

11. Шестой международный конгресс по химии цемента.М.:Стройи-дат, 1976. 35? с.

12. Арбеньев A.C. Бетонирование в зимних условиях с электроподогревом бетонной смеси.М.:Стройиздат,1963. 34 с.2?.Арбеньев A.C. Зимнее бетонирование с электоразогревом смеси.М.: Стройиздат, 1970. 103 с.

13. Арбеньев A.C. Зимнее бетонирование конструкций.Владимир. :ВлГТУ, 1994. 3? с.

14. Арбеньев A.C. Изготовление железобетонных изделий с электроразогревом смеси.М.:Стройиздат, 1969. 29 с.

15. Арбеньев A.C. От электротермоса к синэргобетонирова-нию.Владимир.:ВГТУ, 1996. 272 с.

16. Арбеньев A.C. Технология бетонирования с электроразогревом смеси.М.:Стройиздат, 1975. 107 с.

17. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона.М.:Стройиздат, 1981. 464 с.

18. Ахвердов И.Н. Влияние водоцементного отношения на Формирование структуры цементного камня и недостатки Формул прочности бетона, строительная промышленность, 1953, N 18, с. 44-47

19. Ахвердов И.Н. Высокопрочный бетон.М.:Стройиздат, 1961. 124 с.

20. Афанасьев A.A. Возведение зданий и сооружений из монолитного бетона.М.:Стройиздат, 1990. 55 с.

21. Афанасьев A.A. Злектроразогрев бетонной смеси.Киев.:Буди-вельник, 1979. 105 с.

22. Баженов Ю.М. Технология бетона.М.:Высш. шк.,1978. 455 с.

23. Баталин Б.С. Сборник научных трудов Пермского политехнического института. 1972. с 116-125.

24. ЗЭ.Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. /1.:Стро-йиздат, 1978. 36? с.

25. Бердов Г.И., Аронов Б.Я. экспрессионный контроль и управление качеством цементных материалов. Новосибирск,1992.251с.

26. Будников П.П. Химия и технология строительных материалов и керамики. М.:Стройиздат, 1965. 60? с.

27. Виткуп ft.Б. Эффективные режимы тепловлажностной обработки бетонов. М.:Стройиздат,1957. 120 с.

28. Вегенер Р.В. Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций. М.:Стройиздат, 1953. 144 с.

29. Вода и магнитное поле. Ученые записки Рязанского пединститута. Рязань, Книжное изд-во, 1974. 103 с.

30. Волженский fi.B. Зависимость прочности вяжущих от их концентрации в твердеющей смеси с водой. -Строительные материалы, 1974, N 6, с. 25-26

31. Волосян Л.Я. Тепло- и массообмен при термообработке бетонных и железобетонных изделий. Минск: Наука и техника, 1973. 245 с.4?.Гаврилов В.п., Купалян С.Д. Теория электромагнитного поля в упражнениях и задачах. И.: Высшая школа, 1970. 304 с.

32. Ганиев Р.В., Кононенко Е.Ф. Колебания твердых тел. М.:На-ука, 1976. 431 с.

33. Гершберг O.A. Технология бетонных и железобетонных работ. М.: Стройиздат, 1971. 359 с.

34. Гныря А.И. Внешний тепло и массообмен при бетонировании с злектроразогревом смеси. Томск, 197?. 1?2 с.51 .Головнев С.Г., Капранов В.В., Юнусов И.В., Валеев А.И. Ботонироваиио на Юаном Урале. Челябинск, 1974. 136 с.

35. Дамаскин Б.Б., Петрий O.A. Современная электрохимия. М.: Изд. " Наука 1963. 112 с.

36. Данилов H.H., Бочаров В.И. Применение инфракрасных лучей при производстве железобетонных конструкций и изделий. М.: Стройиздат, i960. 62 с.

37. Десов А.Е. Вибрированный бетон. М.: МашГИЗ, 1956. 229 с.

38. Дмитрович А.Д. Тепло- массообмен при твердении бетона в паровоздушной среде. М.: Стройиздат, 196?, 240 с.

39. Заседателев И.Б., Малинский E.H., Темкин Е.С. Гелиотермо-обработка сборного железобетона. М.: Стройиздат, 1990. 324с.

40. Ичики Я. Сб., Материалы Международного конгреса по зимнему бетонированию. М., 1968.

41. Капранов В.В. Твердение вяжущих веществ и изделий на их основе. Челябинск, Южно-Уральское изд, 1976. 248 с.

42. Кириенко И.А. Бетонные, каменные и штукатурные работы на морозе. Киев, 1962. 27 с.

43. Киттель И. Элементарная физика твердого тела М., 1965

44. Классен. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1982.266 с.

45. Крылов Б.А. Эффективное ресурсосбережение. М.: Знание,1969, 64 с.

46. Кубасов В.Л., Зарецкий С.А. Основы электрохимии. М.: Изд. " Химия ", 1976. 184 с.

47. Кукоз Ф.Й., Макаров В.И. К вопросу индикации эффективности магнитной обработки воды. Промышленная энергетика N 31936.

48. Миненко В.И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем. Киев, Техника. 1970. 165 с.9,Миненко В.И., Петров С.М., Миц М.Н. Магнитная обработка воды. Харьков, Книжное изд-во, 1962. 39 с.

49. Миронов С.п., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. М.: Стройиздат, 1964. 348 с.

50. Малинина Л.А. Тепловлажностная обработка тяжелого бетона. М.: Стройиздат, 1977. 159 с.

51. Машин А.Р. Электроструйная технология бетона и сборных железобетонных изделий. Саратов.: Приволж. кн. изд-во, 1968.287 с.

52. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бнтонирования. М.: Стройиздат, 1975. 700 с.

53. Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. М.: Строиздат, 1964. 347 с.

54. Михановский Д.С. Горячее формование бетонных смесей. М.: Стройиздат, 1970. 191 с.

55. Невилль А.Н. Свойства бетона. М.: Стройиздат 19?2. 344 с.

56. Пркгожин И.Р. От существующего к возникающему. М.: Наука, 1985. 32? с.

57. ЭО.Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса. И.: Прогресс, ¡386. 431 с.

58. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика-новая область науки. М.: Знание, 1958. 62 с.

59. Ретти А.К. Электробетон в практике. М., П.: ИНТИ, 1935. 143 с.

60. Росс А.Д. Некоторые испытания бетона подвергающегося зле-ктронагреву. "Инженер" (пер. с англ.) N 5153 1954.

61. С'о л о мат о в В.И., Бабин /1.0., Козомазов В.И. Синергетика композотннх материалов. Липецк: НПО Ориус. 1994. 153 с.

62. Совалов И.Г., Могилевский 9.Г., Механизация бетонных работ при возведении монолитных конструкций. М.: Стройиздат, 19??. 151 с.

63. Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. М.: Стройиздат, 1974. 80 с.9?.Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1989. 504 с.

64. Тебенихин Е.Ф. Безреагенткые методы обработки воды в энергоустановках. М., Энергия, 197?. 183 с.

65. Улазовский В.А., Ананьина С.А. Влияние омагниченной водызатворения на процессы кристализационного твердения цементного камня. Волгоград. Волгоградский институт инженеров городского хозяйств.- , 1:370. 1 14 с.

66. Френкель И.М. Сснсй« технологии тяжелого бею.ш. М.: Стройиздат, 1966. 14В

67. ЮО.Фридрихсберг Д.А. Курс колоидной химии. Л.: Изд. Химия. 1974. 352 с.

68. Хинт И.А. Основ;, ¡ и.-водства силикатных изделий. Госстройиздат. 230 с.

69. Целибровский 10. В., : ---р над с кий А.Ф. Электрические свои тва бетона. М.: Строй*::. . 1980. 280 с.mrnr nrynwn »1лмj i оегтДАхи1. УТВЕРЖДАЮ"

70. Проректор по строительству )Т,н., доцент

71. Гандельсман И,А. & 1399 г.-vqCn научной оаботе .-академик }&з$остелев В.1393 г.1. Si1. АКТпо изготовлению бетонных изделий с применением энергообработки бетонной снесиг. Владимир с4 марта 1уЗу г.

72. С 1335 по 1333 гг. на опытно-зкоперш*ентальком полигоне ВлГУ проводились эксперименты по изготовлению бетонных изделий и образцов с применением энергообработки бетонной оыеси. Изготовлялись следующие изделия:

73. Валочки-перемычки о размером C.CcbxC. 14x0.2 и

74. Фундаментные блоки с размером С,3х0.,сх2,4 и

75. Доборные блоки о размером О.ЗЗхС.Зх: .2 v.

76. Одновременно с загрузкой бетонной смеси в горловину синзрго-генератора, приготовлялись изделия для твердения в стандартных условиях, которые укрывались влагоизоляционным покрытием.

77. Смесь обрабатывалась в течение 2-3 мин. Температура разогрева растворной части замерялась с помощью термометра и составила 80 'С. Конечное удельное электросопротивление смеси снизилось до 3-5 0мм.

78. Контроль за скоростью остывания производился с помощью медь-константановых термопар. Замеры температуры бетона производились первые 8 часов каждый час, а затем - 1 раз в сутки до выравнивания с температурой окружающей среды.

79. Средняя скорость остывания составила и,5-1 С/ч. Прочность бетона в зависимости от технологии бетонирования составила 20-100,2 МПа.

80. По проведенному эксперименту был сделан вывод: На опытно-зкспериментальном полигоне при ВлГУ всего за 4 изготовлено бетонных изделий объемом 185 мЗ бетона.год,а