УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВАЦИИ ЦЕМЕНТНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СУСПЕНЗИЙ

Полезная модель относится к строительной промышленности, а именно - к устройствам для обработки цементных дисперсных суспензий высоковольтным барьерным разрядом, и может найти применение на заводах по производству железобетонных изделий из бетонной смеси, используемых в промышленном и гражданском строительстве.
Из уровня техники известен активатор минеральных вяжущих по авторскому свидетельству на изобретение №1419015, опубликован 20.02.1995, предназначенный для активации цемента и приготовления цементной суспензии. Активатор содержит корпус с крышкой и расположенным концентрично цилиндром, который выполнен из двух частей. Кроме этого активатор содержит электроды, загрузочное и выгрузочное приспособления и снабжен дополнительной крышкой с выпуклой поверхностью, закрепленной на цилиндре, сферическим отражателем с отверстием, смонтированным на корпусе и патрубком, соединенным с вакуумной системой. Автоматизация процесса активации обеспечивается из пульта управления. Устройство позволяет повысить качество цемента за счет электрогидравлического эффекта, при котором на суспензию действуют звуковая, световая, ударная, кавитационная и др. виды энергии. Однако устройство имеет сложную конструктивную схему, которая более сложна во внедрении в технологический процесс. По данному изобретению процесс активирования цементных суспензий более сложный, чем в заявляемой модели.
Известны также устройства, которые служат для реализации способов активации твердеющей бетонной смеси путем воздействия на воду затворения высоковольтным электрическим разрядом (патент РФ №2160242, опубл. 10.12.2000, №2234413, опубл. 20.08.2004). Эти устройства состоят из рабочей камеры-активатора, заполненной водой и параллельно расположенных в камере электродов, на которые подают высоковольтное напряжение. Использование активированной воды позволяет повысить качество бетонной смеси. Однако раздельная активация (вначале воды затворения, а впоследствии активация этой водой сухой смеси) сможет снизить эффективность активации твердеющей смеси.
Известна также экспериментальная установка для обработки сухой строительной смеси в поле высоковольтного барьерного разряда. (Вестник ТГАСУ №1, 2010 «Влияние барьерного разряда на твердение цементного теста», стр.62-64). Эта установка, принятая за прототип заявляемому устройству, содержит блок управления, включающий автотрансформатор, вольтметр и амперметр, высоковольтный блок переменного напряжения (высоковольтный трансформатор) и активирующий элемент, выполненный в виде электродов в изоляции. Электроды расположены в специальной диэлектрической коробке и подсоединены к высоковольтному блоку переменного напряжения. Электроды установлены над формой для обработки активируемого материала. При таком расположении активирующего элемента над обрабатываемой поверхности, происходит неоднородная обработка активируемого образца, что ведет к незначительному повышению прочности (на 28,3%).
Задачей данной полезной модели является повышение прочности бетонных изделий, приводящем к экономии цемента. Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в создании объемного высоковольтного барьерного разряда и повышении однородности обработки цементных дисперсных суспензий.
Технический результат достигается следующим образом.
Как и прототип, устройство для активации цементных дисперсных суспензий содержит блок управлении, высоковольтный блок переменного напряжения, активирующий элемент, подключенный к высоковольтному блоку переменного напряжения, и форму для активируемого материала. В отличие от прототипа активирующий элемент выполнен в виде двухжильного провода, жилы которого расположены друг от друга на расстоянии, например 5-10 мм, и обвиты равномерно по спирали, например с шагом 2-5 см, вокруг формы для активируемого материала, которая выполнена металлической. В частном случае диаметр жил может составлять 1 мм.
Под действием приложенного к электродам высоковольтного переменного напряжения возникает объемный барьерный разряд, воздействию которого подвергается цементная суспензия (бетонная смесь). Благодаря обработке барьерным разрядом в бетонной смеси происходят физико-химические процессы, которые имеют своим результатом ускорение и повышение степени гидратации, увеличение количества связанной воды, а также происходит равномерная активация массы вследствие равномерно распределенного по поверхности формы с активируемым материалом активирующего элемента, что ведет к повышению прочности, а следовательно, к экономии цемента.
Полезная модель обладает новизной, поскольку не обнаружено в известных источниках информации устройств активации, характеризующихся той же совокупностью признаков что и заявленная модель устройства.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлен общий вид заявляемого устройства.
Устройство для активации содержит блок управления (БУ)1, с которым соединен высоковольтный блок (ВБ)2. К высоковольтному блоку 2 подключен активирующий элемент 3 выполненный из двужильного медного провода с расстояниями между жилами 5-10 мм и толщиной жилы 1 мм. В свою очередь активирующий элемент расположен вокруг обрабатываемой формы с шагом между проводами 2-5 см.
В качестве высоковольтного блока можно использовать, как и в прототипе, высоковольтный трансформатор. В блок управления, как и в прототипе, входит автотрансформатор, вольтметр и амперметр. Экспериментально установлено, что наилучший вариант расположения жил в проводе 5-10 мм друг от друга и расстояние между витками 2-5 см. За пределами этих значений повышение прочности меньше, но выше, чем у прототипа.
Полезная модель промышленно применима. Ее реализация не вызывает трудностей у специалистов данной области.
Работа устройства показана на конкретном примере. Приготавливается цементное тесто (суспензия) и помещается в форму с размерами 20×20×20 мм, заранее смазанную путем штыкования. После чего активирующий элемент равномерно по спирали с шагом 2-5 см располагают вокруг формы, подают напряжение от 3 до 6 кВ и устанавливают время обработки от 2 до 8 минут. Обработанное цементное тесто помещают в камеру естественного твердения на 28 суток. Далее образцы испытывали на гидравлическом прессе на сжатие. Прочность получаемого цементного камня указана в табл.1. Для сравнения был сделан контрольный образец того же состава (не активированный), помещенный в камеру естественного твердения, его прочность составляет 8.67 МПа.
Таблица 1
Напряжение, кВВремя обработки, мин
3 кВ
4,5 кВ
6 кВ
Прочность в МПа
2
12,83
13,58
13,33
4
13,42
15,08
14,00
6
13,75
14,25
12,83
8
12,67
14,00
12,58
Как видно из таблицы, прочность образца с использованием заявляемого устройства повышается на 45-74%. При активации сухого минерального вяжущего устройством по прототипу прочность цементного камня повышается на 28,3%.