УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ МИКРОЦЕМЕНТА

Полезная модель относится к строительным устройствам и может быть использована при закреплении грунта, ремонте и восстановлении различных строительных сооружений и конструкций.
Для упрочнения и уплотнения грунтов и восстановления прочности и водонепроницаемости бетонных и каменных конструкций применяется метод инъектирования суспензии микроцемента.
Суспензия микроцемента обладает текучестью, сравнимой с текучестью воды, и благодаря этому мелкие частицы микроцемента проникают в микротрещины твердых пород и мелкозернистых грунтов, обеспечивая им водонепроницаемость, прочность и долговечность.
«Для восстановления бетонных, железобетонных, кирпичных и каменных конструкций, и закрепления грунтов с пониженной проницаемостью используется микроцемент «Микродур» марки R-Х» (Микроцементы. Панченко А.И. и др, изд-во АСВ, М., 2014, С 34-35). Микроцемент «Микродур» марки R-Х имеет наиболее тонкодисперсный гранулометрический состав (содержит не менее 95% фракций размером менее 6 мкм). Суспензия микроцемента марки R-Х имеет высокую проникающую способность и создает в грунтах массивы со значительными габаритами. При этом изготовление микроцемента марки R-X требует больших затрат и наиболее дорог по сравнению с другими марками микроцементов - 2000 евро за 1 тонну микроцемента (Некоторые проблемы закрепления грунтов растворами из микроцементов. Ибрагимов М.Н. и др., Строительные науки №4, 2016, С 114)
При исследовании влияния магнитного поля на различные растворы и суспензии было отмечено, что « в цементном растворе, подвергнутым магнитной обработке, уменьшается размер твердых частиц и снижается вязкость» (Влияние магнитного поля на свойства веществ. Лесин В.И., С 4, http://magneticliquid.narod.ru/autority/092.htm).
Экспериментально доказано «Магнитное поле воздействует на тонкодисперсную примесь суспензии. При этом происходит дробление твердых частиц размером 10 мкм и менее в поле напряженностью до 2000 Э» (Об опыте использования магнитной обработки воды на теплоэнергетических объектах Сибири и Дальнего Востока. Домышев А.Ю. http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/statshablon..php?id=2391).
При этом максимальный эффект магнитной обработки достигается при значительных скоростях протока жидкости на водной основе. «Наибольший эффект наблюдается при скорости воды 0,5-2,5 м/с» (Способы активации водных растворов. Морозов А.П. http://dereksiz.org//sposobi-aktivacii-vodnih-rastvorov..html?page=9).
При этом « доказано, что на неподвижную воду магнитные поля действуют гораздо слабее» (Теоретические основы магнитной обработки воды. Мосин О.В., Игнатов И., http://sernam.ru/htm/sc_work/im_15.pdf).
При восстановлении строительных конструкций и укреплении грунтов используется суспензия микроцемента, скорость течения которой не превышает 15 л/мин (Микроцементы. Панченко А.И и др., изд. АСВ, М., 2014, С 48).
Известен аппарат для магнитной обработки жидкотекучих сред, SU 1089058 A1 C02F 1/48 опубл. 30.04.1984, включающий корпус и магнитную систему, выполненную из постоянных магнитов или электромагнитов, причем корпус выполнен винтообразной формы и имеет участки, где попарно расположены магниты.
Известно устройство для магнитной обработки жидкости, RU 2092446 C1 C02F 1/48 опубл. 10.10.1997, состоящее из корпуса с прикрепленными к его концам конусными патрубками и из размещенных внутри корпуса постоянных магнитов, которые обращены друг к другу разноименными полюсами, причем торцевые поверхности каждой пары противостоящих магнитов расположены вплотную друг к другу, а их противоположные поверхности размещены вплотную к корпусу.
Известно устройство для магнитной обработки суспензий, SU 1278302 A1 В03С 1/00 опубл. 23.12.1986, содержащее корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса размещены неподвижные и подвижная магнитные системы, Подвижная магнитная система снабжена на торце поршнем и установлена в камере с возможностью перемещения в осевом направлении.
Наиболее технически близким и принятым за прототип является полезная модель на устройство защиты от накипеобразования внутренних поверхностей труб магнитным полем, RU 84370 U1 C02F 1/48 опубл. 10.07.2009, содержащее канал (трубопровод) для протекания жидкости из диамагнитного материала с входным и выходным патрубками и магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов. Постоянные магниты установлены на диамагнитном основании (кожухе).
Недостатком, как аналогов, так и прототипа является малая эффективность магнитной обработки водных суспензий, скорость потока которых менее 0,5 м/с (в дальнейшем - медленно текущие суспензии).
Целью полезной модели является создание устройства для эффективной магнитной обработки медленно текущих водных суспензий микроцемента с регулировкой степени магнитной обработки.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для магнитной обработки водной суспензии микроцемента включающее постоянные магниты, канал из диамагнитного материала для протекания жидкости, содержащий входной и выходной патрубки, и диамагнитное основание, при этом, на основании, выполненное в виде пластины, закреплен плоской стороной кольцевой магнит аксиального намагничивания, на верхней стороне которого закреплен канал прямоугольного сечения для прохождения суспензии, снизу на основании закреплен электродвигатель, вал вращения которого проходит через отверстие в основании по центру кольца магнита, на вал электродвигателя установлен круглый диамагнитный диск, на нижней стороне которого закреплен магнит формы прямоугольника с намагничиванием по ширине и сориентированным по отношению к верхнему полюсу кольцевого магнита противоположным полюсом, причем магнит формы прямоугольника установлен над верхней плоскостью стенки канала с зазором 0,1-1,0 мм, а электродвигатель питается от регулятора скорости вращения.
Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Одним из существенных признаков является наличие двух постоянных магнитов направленных разноименными полюсами друг к другу, что создает магнитное поле в канале протекания суспензии, закрепленного на верхней стороне кольцевого магнита и магнитное поле будет воздействует на суспензию, протекающую по каналу. Форма одного из магнитов в виде кольца, а другого в виде прямоугольника, закрепленного на нижней поверхности круглого диска, установленного на валу электродвигателя, дает возможность перемещать магнит формы прямоугольника над кольцевым магнитом и в движении обрабатывать магнитным полем суспензию, находящийся в канале. При этом отличительный признак аксиального намагничивания кольцевого магнита в вертикальном направлении, а так же намагничивание по ширине магнита формы прямоугольника и установка их разноименными полюсами навстречу друг другу обеспечивают одноименное направление магнитного потока в канале. Введенный отличительный признак установки магнита формы прямоугольника над верхней плоскостью стенки канала с зазором 0,1-1,0 мм, обеспечивает равномерное распределение магнитного поля в суспензии с высоким градиентом магнитного поля. Отличительный признак выполнения диска вращения из немагнитного материала исключает его влияние на магнитную обработку суспензии. Существенным отличительным признаком является питание электродвигателя от регулятора скорости вращения, что в конечном счете дает возможность регулировать степень обработки суспензии магнитным полем, многократность обработки и устанавливать эффективные параметры обработки суспензии.
Совокупность существенных признаков устройства, а именно конструкция элементов, наличие связи между элементами, взаимное расположение элементов, параметры, материал из которого выполнены элементы, характеризуют заявленное решение как устройство для магнитной обработки водных суспензий микроцемента и достаточно для достижения технического результата - эффективной магнитной обработки медленно текущих водных суспензий с регулировкой степени магнитной обработки.
Сущность полезной модели основана на относительности движения потока жидкости и магнитного поля. В классическом случае неподвижное магнитное поле воздействует на поток двигающейся жидкости. В предлагаемой полезной модели суспензия может быть или неподвижной, или медленно течь, а магнитное поле перемещаясь вдоль потока суспензии производит ее обработку. При этом линейная скорость магнитного поля может изменяться в широких пределах за счет изменения скорости вращения электродвигателя. Так же, повышение эффективности магнитной обработки увеличивается за счет многократности воздействия магнитного поля на суспензию. «Эффективность магнитной обработки возрастает при увеличении числа пересечений магнитных полей обрабатываемой водой.» (Способы активации водных растворов.. Морозов А.П. http://dereksiz.org/sposobi-aktivacii-vodnih-rastvorov..html?page=9).
На чертеже представлено устройство для магнитной обработки водных суспензий: Фиг. 1 - вид сверху, Фиг. 2 - разрез устройства по А-А.
Устройство включает основание 1, выполненное из диамагнитного материала, на верхней стороне которого плоской стороной закреплен кольцевой магнит 2 аксиального намагничивания, а на верхней поверхности магнита 2 закреплен диамагнитный канал 3 прямоугольного сечения, содержащий входной патрубок 4 и выходной патрубок 5. Снизу на на основании 1 закреплен электродвигатель 6. Вал 7 вращения электродвигателя 6 проходит через отверстие основания 1 по центру кольца магнита 2. На вал 7 электродвигателя 6 установлен круглый диамагнитный диск 8, на нижней стороне которого закреплен магнит 9 формы прямоугольника с намагничиванием по ширине. Магнит 9 сориентирован по отношению к верхнему полюсу кольцевого магнита 2 противоположным полюсом и установлен над верхней плоскостью стенки канала 3 с зазором Z равным 0,1-1,0 мм. Электродвигатель 6 питается от регулятора 10 скорости вращения. На чертеже Фиг. 2 буквами N (северный) и S (южный) обозначены полюса магнитов 2 и 9.
В качестве магнита 2 и 9 могут применяться неодимовые магниты (см. Неодимовые магниты, https://supermagnit174.tk/neodimovye-magnity и https://russian.alibaba.com//g/half-ring-neodymium-magnet.html). В качестве электродвигателя 6 могут применяться электродвигатели постоянного или переменного тока) питающегося от регулятора 10 скорости вращения (Регулятор скорости двигателя постоянного тока. http://chipenable.ru//http://chipenable.ru/index.php/programming-avr/item/155 или Регулятор скорости переменного тока, https://tehnoobzor.com//schemes/automatics/850-regulyator-skorosti-dvigatelya-peremennogo-toka.html). На чертеже Фиг. 1 стрелками показано направление потока суспензии в канале 3 против часовой стрелки. Магнитное поле направлено встречно и перемещается по часовой стрелке по направлению вращения вала 7 электродвигателя 6.
Устройство работает следующим образом.
К патрубку 4 канала 3 подсоединяют трубопровод подачи суспензии, подлежащей магнитной обработке. Подаваемая суспензия протекает по каналу 3 устройства. Включают регулятор 10 и задают скорость вращения электродвигателя 6. Суспензия, протекая через канал 3, подвергается многократному воздействию магнитного поля, созданного взаимодействием верхним полюсом кольцевого магнита 2 и вращающимся полюсом магнита 9, и удаляется через патрубок 5 канала 3. Выбор эффективного режима обработки суспензий магнитным полем осуществляют изменением скорости вращения электродвигателя 6 при помощи регулятора 10.
Предварительно, перед магнитной обработкой, в зависимости от водоцементного отношения суспензии микроцемента производят подбор скорости вращения электродвигателя 6.
Под воздействием магнитного поля изменяются физические свойства суспензии микроцемента - за счет дробления гранул микроцемента увеличивается текучесть суспензии, что увеличивает проникающую способность микроцемента при пропитке грунтов и строительных конструкций.
При апробации макета предлагаемого устройства производилось его включение в схему укрепления фундамента памятника. Устройство монтировалось перед инъектором. Суспензия приготовлялась из микроцемента марки микродур R-U (содержит не менее 95% фракций размером менее 9,5 мкм) с водоцементном отношением 0,8. Стоимость микроцемента марки R-U намного ниже стоимости микроцемента R-X. Скорость подачи суспензии в инъектор 1,2-1,5 л/мин, то есть обработка магнитным полем велась практически неподвижной суспензии. При помощи регулятора скорость вращения электродвигателя подбиралась такой, чтобы обеспечить магнитную обработку суспензии с линейной скоростью 1,5 м/с.Вязкость суспензии определялась до и после обработка магнитным полем при помощи воронки Марша. Вязкость суспензии уменьшилась более чем на 37%. Лабораторные исследования гранулометрического состава суспензии методом флокуляции показали следующее распределение по фракциям: частицы микроцемента размером менее 4 мкм - 24%, менее 6 мкм - 58%, менее 9,5 мкм - 13%. Магнитная обработка водной суспензии микроцемента привела к разрушению гранул микроцемента и уменьшению вязкости суспензии. Суспензия приобретает свойства тонкодисперсной суспензии на основе микроцемента R-Х и приводит к увеличению растекания суспензии по материалу фундамента и заполнению мельчайших микротрещин фундамента.
Преимущество предлагаемого устройства для магнитной обработки заключается в том, что изменение скорости вращения электродвигателя дает возможность подобрать максимально оптимальное воздействие магнитного поля на водную суспензию микроцемента и возможность эффективно обрабатывать медленно текущие суспензии.