Электромагнитная активация цементного теста и пенобетонной смеси

Строительное материаловедение

УЕЗТМК

мвви

УДК 666.9

Е.А. Торлина, А.И. Шуйский, Г.А. Ткаченко, Х.С. Явруян, И.А. Филонов, Д.А. Фесенко

ФГБОУ «РГСУ»

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ АКТИВАЦИЯ ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА И ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Представлены результаты исследований по активации сырьевых компонентов и пенобе-тонных смесей в электромагнитных аппаратах вихревого слоя при производстве пенобетонов неавтоклавного твердения.

Ключевые слова: время обработки цементного теста, повышение прочности цементного камня, время обработки пенобетонной смеси, аппараты вихревого слоя.

Для реализации задачи энергосбережения и ресурсосбережения в строительстве необходимо направить усилия исследователей и всего строительного комплекса на развитие и совершенствование производства эффективных материалов и конструкций.

Эффективный материал для ограждающих конструкций должен обеспечивать повышенное термосопротивление, снижение массы зданий и сооружений, сокращение материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства. Этим требованиям в полной мере отвечают конструкции из ячеистых бетонов.

Существует несколько способов производства изделий из ячеистого бетона, однако сегодня в стройиндустрии страны существенное место занимает пенобетон неавтоклавного твердения.

По оценкам специалистов, дальнейшее развитие производства и применения неавтоклавного пенобетона можно осуществлять на основе создания способов и технологий, обеспечивающих прочностные характеристики пенобетона, равные или превышающие показатели равноплотного автоклавного газобетона.

Существует много способов и составов, повышающих прочность неавтоклавного пенобетона. Наиболее рациональными для промышленного применения являются способы активации сырьевых компонентов или пенобетонных смесей [1—5]. Самыми эффективными активаторами по степени механического, электрохимического и электромагнитного воздействия на обрабатываемые материалы и по удельной энергоемкости являются электромагнитные аппараты вихревого слоя [6, 7].

Активация осуществляется в установках, где компоненты подвергаются обработке в рабочей зоне, выполненной в виде трубы диаметром 60...150 мм с размещенными в ней ферромагнитными частицами (иглами). Под воздействием внешнего вращающегося электромагнитного поля иглы перемещаются по рабочей зоне, соударяясь с частицами помещенных туда компонентов, перемешивая и размалывая их. При этом генерируются эффекты акустических волн, электролиза, магнитострик-ции, механострикции и кавитации с большой удельной мощностью. Обеспечиваются повышение однородности смеси, многократное возрастание скоростей физико-химических процессов структурообразования. Оценка степени влияния параметров электромагнитных активаторов на свойства сырьевых компонентов и пенобетонной смеси — сложная научно-техническая проблема, требующая решения.

В Ростовском государственном строительном университете проведены исследования по оценке степени влияния параметров активации на свойства цемента, пенобетонной смеси и пенобетона.

© Торлина Е.А., Шуйский А.И., Ткаченко Г.А., Явруян Х.С., Филонов И.А., Фесенко Д.А., 2012

149

ВЕСТНИК

МГСУ.

12/2012

На первом этапе работы проводились исследования по увеличению дисперсионных характеристик цементного теста, обработанного в активаторе, с целью повышения прочностных характеристик цементного камня.

В эксперименте варьировалось время обработки цементного теста (В/Ц-1/1) в пределах от 10 до 100 с. При этом контролировались характеристики гранулометрического состава и удельной поверхности частиц цемента с помощью Микросайзера МС-201С. После активации, в полученную смесь добавлялись 3 части стандартного песка (от массы цемента), масса перемешивалась в лабораторной растворомешалке в течение трех минут. Далее из полученного цементно-песчаного раствора формовались образцы-балочки стандартного размера (40*40*160 мм). Образцы твердели в течение 28 сут в нормальных условиях. После этого образцы подвергали физико-механическим испытаниям.

Анализ результатов испытаний показал, что увеличение времени обработки цементного теста в УАП от 10 до 100 с приводит к увеличению удельной поверхности частиц цемента £уд с 2930 до 3820 см2/г. При этом изменяется и характер распределения частиц по фракциям.

Анализ полученных данных показал, что увеличение времени обработки цементного теста приводит к смещению кривых распределения в сторону увеличения количества мелких фракций цемента. Так, для необработанного цемента количество частиц диаметром до 20 мкм составляет 44 %, а для цемента, обработанного в течение 100 с, — 71,2 %.

Такие изменения дисперсности цемента приводят к росту прочности цементного камня [8—10], что подтверждается результатами испытаний образцов, приведенными в табл. 1.

Табл. 1. Влияние времени обработки цементного теста в активаторе на рост прочности образцов из цементно-песчаного раствора

№ состава Время обработки, с Предел прочности при сжатии, МПа, через промежуток времени, сут

7 14 21 28

1 0 25,0 36,0 42,5 47,0

2 10 27,0 39,0 45,0 52,0

3 30 29,0 43,0 52,0 58,0

4 70 29,5 44,0 53,5 61,0

5 100 30,0 46,0 55,0 64,0

На основании анализа полученных результатов установлено, что обработка цементного теста в УАП приводит к значительному повышению (на 36,2 %) прочности цементного камня.

На втором этапе исследования проводилась обработка в активаторе цементно-пес-чаного раствора. Соотношение песка и цемента в растворе было принято 1:1. Вода затворения использовалась в полном объеме (В/Т = 0,6). Предварительно приготовленный цементно-песчаный раствор пропускался через активатор в течение 10; 30; 70 и 100 с. Полученную таким образом смесь помещали в лабораторный турбулентный смеситель, куда дозировали пенообразователь «Пеностром». В течение 3 мин готовилась пенобетонная смесь и заливалась в формы-кубы (по девять образцов для каждого эксперимента) размером 100*100*100 мм. Отформованные образцы выдерживались 2 ч, после чего подвергались пропарке по режиму: 2 ч + 8 ч/90 °С + 3 ч. После пропарки образцы распалубливались и подвергались испытаниям на прочность и плотность в соответствии с ГОСТ. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Строительное материаловедение УЕЗТМК

_мвви

Табл. 2. Влияние времени обработки пенобетонной смеси в активаторе на свойства пенобетона

№ состава Время обработки, с Подвижность смеси, по Суттарду, см Средняя плотность смеси, т/м3 Средняя плотность пенобетона, т/м3 Предел прочности при сжатии, МПа Коэффициент конструктивного качества, МПа/м6 т-2

1 0 26 0,786 0,618 2,24 5, 87

2 10 25 0,768 0,611 2,65 7,10

3 30 23 0,754 0,603 2,80 7,70

4 70 21 0,749 0,586 3, 14 9,14

5 100 19 0,731 0,578 3,26 9,76

Анализ результатов показал, что предложенный способ обработки растворной смеси позволил значительно повысить прочность пенобетона (до 40 %). При этом плотность пенобетона также снижается (до 8 %), что свидетельствует не только о повышении однородности структуры пенобетонной смеси за счет высокой степени гомогенизации, но и о дополнительной поризации растворной составляющей при обработке в активаторе. Эти выводы подтверждаются динамикой изменения коэффициента конструктивного качества пенобетона, который характеризует качество структуры ячеистого бетона и рассчитывался по формуле

ККК = R/p2;

где ККК — коэффициента конструктивного качества пенобетона, МПа/м6 т-2; R — предел прочности пенобетона при сжатии, МПа; p — средняя плотность пенобетона, т/м3 .

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что критерий качества структуры пенобетона при использовании обработки в активаторе возрастает на 40.. .60 %.

Выводы. 1. Обработка позволяет повысить удельную поверхность твердых компонентов пенобетонной смеси на 25.30 %, что способствует повышению активности вяжущего (до 35 %) и реакционной способности наполнителя. Их взаимодействие приводит к образованию более прочного межпорового материала, определяющего прочностные характеристики пенобетонных изделий.

2. Повышается качество макро- и микроструктуры пенобетона за счет повышения интенсивности гомогенизации компонентов и за счет дополнительного воздухововлечения при обработке в активаторе. Об этом свидетельствует снижение плотности пенобетона на 5.8 % и увеличение коэффициента конструктивного качества пенобетона на 40.60 %.

3. Значительно, на 30.40 %, повышается прочность пенобетонных изделий.

Это очень важно для повышения уровня качества продукции на производстве и

удовлетворения возрастающих потребностей рынка строительных материалов.

Библиографический список

1. Баженов Ю.М., Плотников В.В. Активация вяжущих композиций в растворно-пульсаци-онных аппаратах. Брянск : БГИТА, 2001. 336 с.

2. Электромагнитная активация связанных состояний воды в процессах твердения цементных паст / С.В. Авраменко, А.А. Стехин и др. // Строит. материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. № 12. С. 28—30.

3. Авакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск : Наука, 1979. 252 с.

4. Плотников В.В. Повышение эффективности механо-химической активации цементных композиций в жидкой среде : автореф. дисс. ... д-ра техн. наук. М., 2000. 40 с.

5. Шуйский А.И., БулавинВ.А. Пути повышения прочностных и деформативных свойств бетонов путем модификации их структуры // Материалы междунар. науч.-практ. конф. : тез. докл. Ростов-н/Д, 1998. С. 52—53.

6. Торлина Е.А., Шуйский А.И., Новожилов А.А. Активизация частично гидратированного цемента в аппаратах активизации процессов // Строительство-2007 : сб. материалов междунар. науч-практич. конф. Ростов-на-Дону : РГСУ, 2007. С. 17—20.

ВЕСТНИК 12/2012

МГСУ_12/2012

7. Михайлова В.Г. Эффективность использования технологии активизации вяжущих материалов // Нетрадиц. технол. в стр-ве. Томск : Изд-во ТГАСУ, 1999. Ч. 2. С. 62—65.

8. ЗаяхановМ.Е. Повышение эффективности вяжущих и бетонов электромагнитной активацией : дисс. ... д-ра техн. наук. Улан-Удэ, 2004. 405 с.

9. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. М. : Высш. шк., 1980. 472 с.

10. Комохов П.Г., Комохов П.Г., Шангина Н.Н. Активационные технологии при получении бетонов // Цемент. 1999. № 4. С. 35—36.

Поступила в редакцию в октябре 2012 г.

Об авторах: Торлина Елена Анатольевна — ассистент кафедры технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»), 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, д. 162, 8 (863)263-30-96;

Шуйский Анатолий Иванович — кандидат технических наук, доцент кафедры технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики, декан института Строительных технологий и материалов, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»), 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, д. 162, 8 (863)263-30-96;

Ткаченко Геннадий Алексеевич — кандидат технических наук, профессор кафедры технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»);

Явруян Хунгианос Степанович — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»), 344022, г Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, д. 162, 8 (863)263-30-96, xungian@rambler.ru;

Филонов Игорь Александрович — заведующий учебной лабораторией кафедры технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»), 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, д. 162, 8 (863)263-30-96;

Фесенко Дмитрий Александрович — инженер кафедры технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «РГСУ»), 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, д. 162, 8 (863)263-30-96.

Для цитирования: Электромагнитная активация цементного теста и пенобетонной смеси / Е.А. Торлина, А.И. Шуйский, Г.А. Ткаченко, Х.С. Явруян, И.А. Филонов, Д.А. Фесенко // Вестник МГСУ. 2012. № 12. С. 154—160.

E.A. Torlina, A.I. Shuyskiy, G.A. Tkachenko, Kh.S. Yavruyan, I.A. Filonov, D.A. Fesenko

ELECTROMAGNETIC ACTIVATION OF WATER-CEMENT PASTES AND FOAM CONCRETES

The authors argue that the experts believe that further development of production and use of non-autoclaved foam concretes can be implemented through introduction of methods and technologies that provide for the strength characteristics of foam concretes similar to or exceeding those of autoclaved aerocretes. There are many methods and compositions that enhance the strength of non-autoclaved foam concretes. The results of activation of raw materials and the foam mixture in electromagnetic devices demonstrate that an increase in the treatment time of water-cement pastes from 10 to 100 seconds leads to a shift of distribution curves toward a bigger number of small fractions of cement. The authors have discovered that the activation can increase the surface area of solid components of the foam concrete mix by 25 — 30 %, the binding activity — to 35 %, and the reactivity of the filler is also increased.

Their interaction involves formation of a more durable material. It also improves the quality of macro- and microstructures of foam concretes due to more intensive homogenization of components. This phenomenon is evidenced by the 5 — 8 % foam concrete density reduction and increase in the value of the structural quality coefficient of foam concretes by 40 — 60 %. It is very important

Строительное материаловедение

VESTNIK

MGSU

to improve the quality of products and to meet the growing demand in the market of construction

materials.

Key words: nano-dispersible modifiers, nanotechnology, re-crushing of Portland cement

parts, cement concrete strength improvement, vortex apparatus.

References

1. Bazhenov Yu.M., Plotnikov V.V. Aktivatsiya vyazhushchikh kompozitsiy v rastvorno-pul'satsion-nykh apparatakh [Activation of Binding Compounds in Pulsating Units]. Bryansk, BGITA Publ., 2001, 336 p.

2. Avramenko S.V., Stekhin A.A. Elektromagnitnaya aktivatsiya svyazannykh sostoyaniy vody v protsessakh tverdeniya tsementnykh past [Electromagnetic Activation of Bound States of Water in the Process of the Cement Paste Hardening]. Stroit. materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction Materials, Equipment and Technologies of the 21st Century]. 2002, no. 12, pp. 28—30.

3. Avakumov E.G. Mekhanicheskie metody aktivatsii khimicheskikh protsessov [Mechanical Methods of Activation of Chemical Processes]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1979, 252 p.

4. Plotnikov V.V. Povyshenie effektivnosti mekhano-khimicheskoy aktivatsii tsementnykh kompozitsiy v zhidkoy srede [Improvement of Efficiency of Mechanic and Chemical Activation of Cement Compositions in the Liquid Medium]. Moscow, 2000, 40 p.

5. Shuyskiy A.I., Bulavin V.A. Puti povysheniya prochnostnykh i deformativnykh svoystv betonov putem modifikatsiiikh struktury [Methods of Improvement of Strength and Deformability-related Properties of Concretes through Modification of Their Structure]. Works of the international scientific and practical conference. Rostov-on-Don, 1998, pp. 52—53.

6. Torlina E.A., Shuyskiy A.I., Novozhilov A.A. Aktivizatsiya chastichno gidratirovannogo tsementa v apparatakh aktivizatsii protsessov [Activation of Partly Hydrated Cement in Process Activation Devices]. Stroitel'stvo-2007 [Construction-2007]. Collected works of the international scientific and practical conference. Rostov-on-Don, RGSU Publ., 2007, pp. 17—20.

7. Mikhaylova V.G. Effektivnost' ispol'zovaniya tekhnologii aktivizatsii vyazhushchikh materialov [Efficiency of Employment of Technology of Activation of Binding Materials]. Netradits. tekhnol. v str-ve [Non-conventional Technologies in Construction]. Tomsk, TGASU Publ., 1999, Part 2, pp. 62—65.

8. Zayakhanov M.E. Povyshenie effektivnosti vyazhushchikh i betonov elektromagnitnoy aktivatsiey [Improvement of Efficiency of Binders and Concretes Using Electromagnetic Activation]. Ulan-Ude, 2004, 405 p.

9. Butt Yu.M., Timashev V.V. Khimicheskaya tekhnologiya vyazhushchikh materialov [Chemical Technology of Binding Materials]. Moscow, Vyssh. shk. publ., 1980, 472 p.

10. Komokhov P.G., Komokhov P.G., Shangina N.N. Aktivatsionnye tekhnologii pri poluchenii betonov [Activation Technologies in the Concrete Production]. Tsement [Cement]. 1999, no. 4, pp. 35—36.

About the authors: Torlina Elena Anatol'evna — assistant lecturer, Department of Technology of Binders, Concretes and Building Ceramics, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), 162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344022, Russian Federation; +7 (863) 263-30-96;

Shuyskiy Anatoliy Ivanovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Technology of Binders, Concretes and Building Ceramics, Dean, Institute of Construction Technologies and Materials, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), 162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344022, Russian Federation; +7 (863) 263-30-96;

| Tkachenko Gennadiy Alekseevich| — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Technology of Binders, Concretes and Building Ceramics, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), Russian Federation;

Yavruyan Khungianos Stepanovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chair, Department of Technology of Binders, Concretes and Building Ceramics, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), 162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344022, Russian Federation; xungian@rambler.ru; +7 (863) 263-30-96;

Filonov Igor' Aleksandrovich — Director, Educational Laboratory, Department of Technology of Binders, Concretes and Building Ceramics, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), 162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344022, Russian Federation;

Fesenko Dmitriy Aleksandrovich — engineer, Department of Technology of Binders, Concretes and Building Ceramics, Rostov State University of Civil Engineering (RGSU), 162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344022, Russian Federation; +7 (863) 263-30-96.

For citation: Torlina E.A., Shuyskiy A.I., Tkachenko G.A., Yavruyan Kh.S., Filonov I.A., Fesenko D.A. Elektromagnitnaya aktivatsiya tsementnogo testa i penobetonnoy smesi [Electromagnetic Activation of Water-cement Pastes and Foam Concretes]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 12, pp. 149—153.