СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НЕАРМИРОВАННЫХ БЕТОННЫХ БЛОКОВ С ЗАМЕНОЙ ЧАСТИ ЦЕМЕНТА ЗОЛОЙ УНОСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF PLAIN CONCRETE BLOCKS WITH REPLACEMENT OF SOME CEMENT WITH FLUE ASH AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к строительству, а именно к изготовлению различных конструкций из неармированного бетона, и может быть использовано при сооружении жилых и производственных зданий.
В настоящее время широко используется зола уноса - продукт горения углей на теплоэлектростанциях, в качестве заменителя части цемента, идущего на изготовление бетона и железобетона. Основная проблема использования золы уноса состоит в медленном наборе прочности бетонных изделий с ее использованием.
Известен способ производства неармированных бетонных блоков (Стольников В.В. Использование золы уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1969 г, стр.45) с заменой части цемента золой уноса.
Общим признаком известного способа с существенными признаками заявляемого способа являются признаки: использование в бетонной смеси золы уноса.
Недостатком известного способа является низкая прочность бетонных изделий при замене части цемента золой уноса. Причина недостатка заключается в том, что в толще бетонного изделия остаются компоненты золы, не вступившие в связи с другими компонентами бетонной смеси.
Известен также способ производства неармированных бетонных блоков (Доброгорский Н.А. Качество угольной золы и ее промышленное использование. Киев-Донецк: Вища школа, 1981, стр.99) с заменой части цемента золой уноса.
Общим признаком известного способа с существенными признаками заявляемого способа являются признаки: использование в бетонной смеси золы уноса.
Недостатком известного способа является низкая прочность бетонных изделий при замене части цемента золой уноса. Причина недостатка заключается в том, что в толще бетонного изделия остаются компоненты золы, не вступившие в связи с другими компонентами бетонной смеси.
За прототип принят способ производства бетона с использованием золы уноса (Нисневич М., Сиротин Г. Утилизация попутных продуктов горения угля в промышленности строительных материалов. Строительные материалы. 2003, № 9, стр.39-41), включающий отвердевание бетонной смеси, содержащей в качестве связующего цемент и золу уноса.
Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является использование золы уноса в качестве связующего вместо части цемента.
Недостатком способа по прототипу является низкая прочность бетонных изделий при замене части цемента золой уноса. Причина недостатка заключается в том, что в толще бетонного изделия остаются компоненты золы, не вступившие в связи с другими компонентами бетонной смеси. Способ по прототипу не позволяет обеспечить прочность бетонных блоков на молекулярном уровне из-за низкой активности молекул оксидов, входящих в состав золы уноса.
Известно устройство для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов в средах: магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе по патенту РФ № 2147555, МПК C01D 1/04, С25В 9/00, опубликован 20.04.200, Бюл. № 11.
Магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе по патенту РФ № 2147555 содержит систему магнитодинамических электролизеров в виде трубчатых проводников, электрически соединенных последовательно по гидропотоку.
Магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе по патенту РФ № 2147555 не предназначен для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов в бетонной смеси, так как представляет систему магнитодинамических электролизеров в виде трубчатых проводников, электрически соединенных последовательно по гидропотоку. Это не позволяет установить опалубку с бетонной смесью в магнитодинамический аппарат для производства гидроксида натрия электрохимическим способом на переменном токе для индуцирования в ней вторичных короткозамкнутых электрических токов.
Прототипом заявленного устройства является многофазный индукционный коагулятор по патенту РФ № 2077954, МПК В03С 5/00, C02F 1/46, опубликован 27.04.1997, Бюл. № 12.
Многофазный индукционный коагулятор по патенту РФ № 2077954 позволяет индуцировать вторичные короткозамкнутые электрические токи в сточных водах для очистки сточных вод с содержанием ионов тяжелых металлов. Многофазный индукционный коагулятор состоит из корпуса с коническим днищем и крышкой и токоподвода. Токоподвод выполнен в виде тороидальных индукторов с первичными однофазными обмотками из голого высокоомного провода, размещенных в рабочем объеме электрокоагулятора и подключенных к первичной многофазной сети равномерно.
Многофазный индукционный коагулятор по патенту РФ №2077954 не предназначен для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов в бетонной смеси, так как токоподвод выполнен в виде индукторов, размещенных в рабочем объеме электрокоагулятора. Это не позволяет установить опалубку с бетонной смесью в многофазный индукционный коагулятор для индуцирования в ней вторичных короткозамкнутых электрических токов.
Изобретение направлено на решение задачи по созданию технологии производства прочных неармированных бетонных блоков.
Технический результат заявляемой группы изобретений заключается в повышении прочности неармированных бетонных блоков и скорости их затвердевания путем активизации механизма взаимодействия компонентов золы уноса со всеми компонентами бетонной смеси на молекулярном уровне.
Технический результат достигается тем, что способ производства неармированных бетонных блоков включает отвердевание бетонной смеси, содержащей в качестве связующего цемент и золу уноса, с индуцированием в ее объеме вторичных короткозамкнутых электрических токов посредством установки вибрирующей опалубки с бетонной смесью в устройство для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов в бетонной смеси.
Технический результат достигается также тем, что устройство для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов в бетонной смеси содержит корпус с установленным внутри него электромагнитом переменного тока и дополнительно содержит станину, в которой смонтированы верхний и нижний электромагнитные приводы в виде двух параллельно расположенных комплектов парных магнитных тарелок с обмотками, соединенных между собой последовательно через одну обмотку и образующих две раздельные цепи, подключенные к блоку электропитания, причем электромагнит переменного тока выполнен с раздвинутыми полюсами для размещения между ними опалубки с бетонной смесью и установлен на верхнем электромагнитном приводе, а его обмотки через систему переключателей полюсов соединены с источником постоянного тока, при этом нижний привод снабжен столом для размещения опалубки с бетонной смесью, одна из его обмоток через выключатель соединена с источником постоянного тока, а вторая через выключатель соединена с источником переменного тока.
Известно, что химический состав золы уноса включает оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, магния, серы, натрия, калия и титана и другие соединения. Свойства золы уноса описаны в литературе (например, Стольников В.В. Использование золы уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1969 г, стр.12, 27; Доброгорский Н.А. Качество угольной золы и ее промышленное использование. Киев-Донецк: Вища школа, 1981, стр.83-89).
Таблица
Количественная оценка золы углей Донецкого бассейна
Главные компоненты золы углей
Содержание, вес.%
предельное
среднее
SiO<sub>2</sub>
9,70-86,22
39,96
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,34-49,54
19,60
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,87-72,26
25,90
CaO
0,10-42,15
5,20
MgO
0,06-15,62
1,47
K<sub>2</sub>O
0,11-5,79
1,72
Na<sub>2</sub>O
0,27-5,65
1,26
SO<sub>3</sub>
0,01-32,40
4,64
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,004-5,0
0,40
Одним из перспективных направлений использования золы уноса является ее применение в строительстве бетонных конструкций. С экономической точки зрения золу уноса используют в качестве заменителя части цемента, идущего на изготовление бетона и железобетона, а также при производстве самого цемента.
Основное преимущество, которое дает зола в бетоне - это экономия цемента и уменьшение тепловыделения, а основной недостаток использования золы - медленный набор прочности бетонных изделий. Применительно к небольшим конструкциям это является основным недостатком. Использование золы уноса в бетоне описано в литературе, например:
Доброгорский Н.А. Качество угольной золы и ее промышленное использование. Киев-Донецк: Вища школа, 1981, стр.99;
Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС: Учеб. для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 1992, стр.210.
Относительные прочностные показатели бетонов, в зависимости от содержания в них золы уноса по отношению к содержанию цемента в бетонной смеси, приведены, например, в литературе: Стольников В.В. Использование золы уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1969 г., стр.26. Из указанных сведений видно, что использование золы в качестве заменителя части цемента снижает прочностные характеристики бетонных изделий. Низкая прочность бетонных изделий при замене части цемента золой уноса объясняется тем, что в толще бетонного изделия остаются компоненты, не вступившие между собой в связи. Особенно это относится к соединениям, входящим в состав золы уноса из-за их низкой активности в связи с прошедшей термообработкой в котлах при сжигании топлива. Повысить активность компонентов бетонной смеси, включающей в качестве связующего цемент и золу уноса, можно воздействием на смесь вторичными короткозамкнутыми электрическими токами в процессе бетонирования при изготовлении бетонных блоков.
Осуществить активацию соединений золы в бетонных растворах возможно путем электролиза бетонной смеси, индуцируя в ней вторичные короткозамкнутые электрические токи с помощью устройства для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов. С целью повышения прочности неармированных бетонных блоков при замене части цемента летучей золой путем активации соединений золы в процессе индуцирования в бетонной смеси вторичных короткозамкнутых электрических токов, устройство для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов выполнено в виде подвижного электромагнита переменного тока с раздвинутыми полюсами для размещения между ними опалубки с бетонной смесью на столе с виброприводом.
Так как электромагнит с раздвинутыми полюсами позволяет индуцировать в бетонной смеси вторичные короткозамкнутые электрические токи, то в бетонной смеси осуществляется электролиз, в процессе которого активизируются все компоненты, включая и соединения золы уноса, позволяя им вступать в химические соединения со всеми компонентами смеси, обеспечивая повышение прочности бетонных блоков на молекулярном уровне.
Кроме того, если электромагнит с раздвинутыми полюсами, с возможностью его перемещения по вертикали позволяет разместить между полюсами опалубку с бетонной смесью на столе с виброприводом, то в процессе активации электролизом всех компонентов бетонной смеси осуществляется вибрация бетонной смеси, обеспечивая увеличение скорости затвердевания и повышение прочности бетонных блоков.
Из уровня техники известен объект техники (ножницы для разделения материала по SU № 1424998, B23D 31/00, опубликовано 23.09.1988, БИ № 35), содержащий признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого устройства, а именно: станину, в которой смонтированы электромагнитные (магнитодинамические) приводы в виде двух параллельно расположенных комплектов парных магнитных тарелок с обмотками, соединенных между собой через одну последовательно и образующих две раздельные цепи, подключенные к блоку электропитания.
Известное устройство по SU №1424998 предназначено для резки листового или фасонного проката. При работе в автоматическом режиме на частоте, например, промышленного тока обмотки приводов траверс подключаются к источнику питания заданным образом и такое включение обмотки приводит к чередующемуся сведению-разведению ножей с соответствующей частотой.
В отличие от заявляемого устройства известное устройство по SU № 1424998 не имеет конструктивных признаков для создания переменного магнитного поля и не способно индуцировать вторичные электрические токи и вибрации.
В заявляемом устройстве сходные признаки (станина, в которой смонтированы верхний и нижний электромагнитные приводы в виде двух параллельно расположенных комплектов парных магнитных тарелок с обмотками, соединенных между собой через одну последовательно и образующих две раздельные цепи) в новой совокупности признаков, в которой смонтированы верхний и нижний электромагнитные приводы в виде двух параллельно расположенных комплектов парных магнитных тарелок с обмотками, соединенных между собой последовательно через одну обмотку и образующих две раздельные цепи, подключенные к блоку электропитания, причем электромагнит переменного тока выполнен с раздвинутыми полюсами для размещения между ними опалубки с бетонной смесью и установлен на верхнем электромагнитном приводе, а его обмотки через систему переключателей полюсов соединены с источником постоянного тока, при этом нижний привод снабжен столом для размещения опалубки с бетонной смесью, одна из его обмоток через выключатель соединена с источником постоянного тока, а вторая через выключатель соединена с источником переменного тока, обеспечивают новый технический результат - повышение прочности бетонных блоков за счет новой функции устройства и иного механизма взаимодействия элементов в заявляемом устройстве, а также нового механизма взаимодействия компонентов бетонной смеси на молекулярном уровне в процессе производства бетонных блоков. Иной механизм влияния отличительных признаков на достигаемый технический результат подтверждает соответствие заявляемой группы изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где на
Фиг.1. Общий вид спереди устройства для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов при производстве неармированных бетонных блоков с заменой части цемента летучей золой.
Фиг.2. Разрез фиг.1 по А-А.
Фиг.3. Принципиальная блок-схема заявленного устройства.
Устройство для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов при производстве неармированных бетонных блоков с заменой части цемента летучей золой содержит станину 1 с верхним 2 и нижним 3 электромагнитными приводами, применяемые в заявленном устройстве по своему прямому назначению.
К штоку-держателю 4 верхнего электромагнитного привода 2 присоединена траверса 5, к которой с помощью кронштейнов 6 жестко присоединен П-образный магнитный сердечник 7 электромагнита с каркасом 8 обмотки 30 переменного тока. К штоку-держателю 9 нижнего электромагнитного привода 3 жестко присоединен вибрационный стол 10. С передней и с задней сторон станины 1 с помощью вспомогательных опор 11 в подшипниках (на чертеже не показаны) выполнены вальцы 12 для конвейерных лент 13 подачи и уборки опалубок 14 с бетонной смесью 15 для изготовления бетонных блоков.
Принципиальная блок-схема устройства для производства неармированных бетонных блоков с заменой части цемента летучей золой включает блок электропитания от сети переменного тока промышленной частоты, верхний и нижний приводы, электромагнит с сердечником 7 и обмоткой 30 и систему включателей 16, 17, 18, 19 и 20, смонтированных на общем контроллере 21 типовой конструкции с приводом, снабженном типовым программным устройством по заданным условиям эксплуатации. Блок электропитания от сети переменного тока промышленной частоты состоит из силового трансформатора 22, включаемого в сеть через предохранитель 23 типовой конструкции с помощью включателя 24 типовой конструкции, и выпрямителя 25, например, по мостовой схеме. Контроллер 21, трансформатор 22, предохранитель 23, выключатель 24 и выпрямитель 25 блока электропитания применяются типовыми по своему прямому назначению, в формулу заявленного изобретения не входят, поэтому на чертежах показаны условно по месту их включения в блок-схему, их устройство и работа не описаны.
Обмотки верхнего привода 26 и 27 через систему переключателей 19 и 20 полюсов на контроллере 21 соединены с выходом постоянного напряжения выпрямителя 25. Обмотки нижнего привода 28 и 29 через выключатели 16 и 17 на контроллере 21 соединены одна с выходом постоянного напряжения выпрямителя 25, а вторая - с выходом переменного напряжения силового трансформатора 22. Обмотка 30 выполнена типовой на магнитном сердечнике, например, прямоугольного сечения и через выключатель 18 на контроллере 21 соединена с выходом переменного напряжения силового трансформатора 22.
Станина 1, штоки 4 и 9, кронштейны 6 и вибрационный стол 10 выполнены из прочного немагнитного материала, например сплавов алюминия и др. Все обмотки верхнего привода 26 и 27, нижнего привода 28 и 29 и обмотка 30 электромагнита с сердечником 7 выполнены из медного провода, например, марки ПЭВ и т.п.
Конвейерные ленты 13 на вальцах 12 с опорами 11 применяются типовыми по прямому своему назначению, в формулу заявленного изобретения не входят, поэтому на чертежах показаны условно по месту их размещения, их устройство и работа не описаны.
Механизмы, например, гидравлического типа для подачи и уборки опалубок 14 с бетонной смесью 15 применяются типовыми по своему прямому назначению, в формулу заявленного изобретения не входят, поэтому на чертежах не показаны, их устройство и работа не описаны, направления подачи и уборки опалубок 14 с бетонной смесью 15 условно показаны стрелками.
Способ осуществляют следующим образом.
Способ производства неармированных бетонных блоков включает вибрацию опалубки 14 с бетонной смесью 15, содержащей в качестве части цемента золу уноса, и активацию компонентов бетонной смеси 15. Активацию компонентов бетонной смеси 15 проводят в процессе ее вибрации, а также путем индуцирования в опалубке 14 с бетонной смесью 15 вторичных короткозамкнутых электрических токов посредством устройства для индуцирования вторичных короткозамкнутых электрических токов.
Работа устройства для производства неармированных бетонных блоков с заменой части цемента золой уноса в процессе реализации заявляемого способа осуществляется следующим образом.
При включении электропитания устройства подающая конвейерная лента 13 на вальцах 12 сопорами 11 подает опалубки 14 с бетонной смесью 15 к станине 1, откуда механизмы, например, гидравлического типа (не показаны) подают их на вибрационный стол 10. По заданной программе работы контроллера 21 после поступления опалубки 14 с бетонной смесью 15 на вибростол 10 включаются выключатели 16 и 17 на контроллере 21, соединяя обмотки нижнего привода 3 одну с выходом постоянного напряжения выпрямителя 25, а вторую - с выходом переменного напряжения силового трансформатора 22, в результате чего вибростол совершает вибрации, передавая их опалубке 14 с бетонной смесью 15. Одновременно с выключателями 16 и 17 система переключателей 19 и 20 полюсов на контроллере 21 соединяет с выходом постоянного напряжения выпрямителя 25 обмотки верхнего электромагнитного привода 2, который опускает электромагнит с сердечником 7 и обмоткой 30 с раздвинутыми полюсами над опалубкой 14 с бетонной смесью 15, а выключатель 18 на контроллере 21 соединяет обмотку электромагнита с выходом переменного напряжения силового трансформатора 22, в результате чего между полюсами электромагнита с сердечником 7 и обмоткой 30 во всем объеме бетонной смеси 15 в течение заданного программным устройством контроллера 21 по заданным условиям эксплуатации периода времени индуцируются вторичные короткозамкнутые электрические токи в опалубке 14 с бетонной смесью 15.
По окончании заданного программным устройством контроллера 21 по заданным условиям эксплуатации периода времени обработки бетонной смеси 15 в опалубке 14 система переключателей 19 и 20 полюсов на контроллере 21 изменяет на одной из обмоток верхнего привода 2 полярность постоянного напряжения выпрямителя 25, в результате чего верхний привод 2 поднимает электромагнит 8 с раздвинутыми полюсами над опалубкой 14 с бетонной смесью 15, а выключатель 18 на контроллере 21 отключает обмотку электромагнита 8 от выхода переменного напряжения силового трансформатора 22. После отключения и подъема электромагнита с сердечником 7 и обмоткой 30 механизмы, например, гидравлического типа (не показаны) снимают опалубку 14 с обработанной бетонной смесью 15 с вибрационного стола 10 на вторую конвейерную ленту 13 на вальцах 12 сопорами 11 для их транспортировки для дальнейшей обработки по заданной технологии.
Так как заявляемое устройство позволяет индуцировать в бетонной смеси вторичные короткозамкнутые электрические токи, то в бетонной смеси осуществляется активизация всех компонентов, включая и соединения золы уноса, позволяя им вступать в химические соединения со всеми компонентами бетонной смеси, обеспечивая повышение прочности бетонных блоков.
Эффективность предлагаемого способа и устройства для производства неармированных бетонных блоков при замене части цемента золой уноса определяется конкретными массогабаритными показателями устройства и мощностью источника электропитания по заданным условиям эксплуатации.