СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ НА АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЕ ЗАТВОРЕНИЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF CONCRETE MIXTURE BASED ON ACTIVATED WATER OF TEMPERING

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при приготовлении бетонных смесей в производстве сборного железобетона и в монолитном строительстве.
Способы приготовления бетонных смесей на воде, активированной магнитным полем или электрическим током, а также их совместным воздействием известны.
Так, в частности, известен способ приготовления строительной смеси путем перемешивания цемента и заполнителя с омагниченной водой [1]. Недостатком данного способа является низкая пластичность смеси и низкая прочность готовых изделий.
Известен также способ приготовления строительных смесей путем перемешивания цемента и заполнителя с водой омагниченной магнитным полем напряженностью 1000 эрстед при скорости движения воды в рабочем зазоре аппарата 1 м/с, в которую для увеличения пластичности смеси добавляют 1-5% цемента от общего его количества и перемешивают воду с добавкой цемента в течение 2-3 мин [2], а также способ приготовления бетонной смеси, включающий смешивание цемента, минеральных заполнителей с омагниченным водным раствором пластифицирующей добавки, обработанным ударным воздействием магнитного поля, напряженностью 100-150 кА/м, при частоте 10-160 Гц [3].
Для указанных технических решений характерен высокий коэффициент вариации прочностных свойств бетона и относительно высокий расход пластифицирующих добавок при прочих равных условиях.
Известен также способ приготовления бетонной смеси, включающий смешивание цемента и заполнителя с водой активированной постоянным магнитным полем магнитотрона, силовые линии которого ориентируют в юго-восточном направлении относительно магнитного поля Земли, при напряженности магнитного поля 40÷120 кА/м и скорости прохождения воды 02÷1,5 м/с, предварительно нагретой до температуры 30-45°С [4].
Данный способ, согласно описанию патента на изобретение, позволяет на 30-45% сократить количество применяемых пластифицирующих добавок, значительно улучшить эффект стабилизации прочностных свойств бетона, на 10-15% снизить температуру термовлажностной обработки и время экзотермической выдержки, а также увеличить прочность готовых изделий при сохранении пластичности бетонной смеси и коэффициента вариации прочностных свойств бетона.
К недостаткам данного способа приготовления бетонной смеси можно отнести то, что указанные выше положительные эффекты достигаются главным образом за счет применения с омагниченной водой высокоэффективных пластифицирующих добавок - суперпластификаторов СЗ и ФОК, за счет только омагничивания воды затворения, как следует из анализа данных таблиц 1 и 2, представленных в описании патента на изобретение, не удается достичь существенной пластификации бетонной смеси: осадка конуса (ОК), по которой оценивается пластификация бетонной смеси, практически одинаковая как на контрольном образце на обычной, неомагниченной воде: ОК=4,0 см (опыт №1, таблица 1), так и на бетонной смеси, полученной с использованием только омагниченной воды по предложенному способу с помощью магнитотрона: ОК=4,0 см; 4,5 см; 4,3 см; 4,0 см (опыты 5, 6, 7, 8, таблица 2). А вот при применении с омагниченной водой добавок-суперпластификаторов С3 и ФОК, действительно удается получить существенное повышение пластичности бетонной смеси: ОК=18,5 см; 21 см; 21,5 см; 24,5 см (опыты 6, 7, 8, 9, таблица 1), а также повышение прочности и снижение коэффициента вариации прочностных свойств бетона.
Объяснение этому - неэффективность магнитотрона, с помощью которого ведется омагничивание воды затворения бетона, имеющего сравнительно низкую напряженность магнитного поля в рабочем зазоре, равную 40÷120 кА/м и другие недостатки: его размагничивание на повышенной температуре при использовании подогретой воды в зимнее время, незначительный путь воды в магнитном поле аппарата и, как следствие, - недостаточную активацию воды магнитным полем.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ приготовления бетонных смесей на магнитоактивированной воде [5] - прототип, заключающийся в том, что омагничивание (активацию) воды затворения бетона за цикл обработки осуществляют целым набором комбинаций магнитотропных параметров, к которым относится: величина напряженности, градиент напряженности магнитного поля, скорость движения воды и время ее экспозиции в магнитном поле, до получения нужной степени активации воды, которая оценивается в процентах по отношению времени оседания спецпорошка в активированной и неактивированной воде. Показано, что только при достижении определенной степени (в процентах) активации воды (не менее 30÷35%) можно получить стабильные положительные результаты. Сказано, что при этом подвижность бетонных смесей, затворенных омагниченной водой, возрастает на 60-120% по сравнению с бетонными смесями, затворенными на обычной воде. Следовательно, для затворения бетонных смесей необходимо брать омагниченной воды на 15-20% меньше, что позволяет уменьшить 20% количество цемента и воды, а также уменьшить продолжительность термовлажностной обработки изделий.
Однако данному способу присущи следующие недостатки: не указаны оптимальные параметры ни одного из перечисленных магнитотропных параметров, в частности таких важных параметров, как величины напряженности магнитного поля в рабочем зазоре аппарата и времени омагничивания, экспозиции воды в магнитном поле, которое зависит от длины пути воды в магнитном поле аппарата и скорости ее движения в магнитном поле аппарата, что не позволяет оценить влияние каждого из указанных магнитотропных параметров на результат магнитной активации воды затворения и затрудняет настройку аппарата на оптимальный режим, кроме того, необходимая для получения стабильных положительных результатов степень активации воды (30÷35%) определяется опытным путем по оседанию спецпорошка в отборе проб омагниченной воды в сравнении с обычной неомагниченной водой, что затрудняет использование данного способа в промышленном производстве.
Общим недостатком всех известных аналогов и прототипа является то обстоятельство, что в производственных условиях значительно меняется влажность заполнителей (песка и щебня), с которыми в бетоносмеситель поступает большое количество (30÷50) воды, не прошедшей магнитную, электромагнитную обработку (активацию). Именно этот фактор наряду с применением малоэффективных аппаратов, с низким значением напряженности магнитного поля в рабочем зазоре аппарата и малым, недостаточным временем омагничивания (активации), значительно снижает эффективность применения всех известных способов приготовления бетонных смесей с использованием магнитоактивированной, электро-магнитоактивированной воды в промышленном производстве.
Целью настоящего изобретения является устранение или в значительной степени компенсация указанного выше фактора и получение высоких и стабильных положительных результатов при приготовлении бетонных смесей на активированной магнитным полем или одновременным, совместным воздействием магнитного поля и электрического тока, воде затворения бетона, а именно: повышение пластичности и, как следствие этого, экономию воды и цемента при сохранении нормативной прочности бетона и готовых изделий из него, снижение энергозатрат за счет снижения температуры термовлажностной обработки и сокращения времени экзотермической выдержки, что в свою очередь повышает оборачиваемость форм и увеличивает производительность завода, снижает расход пластифицирующих добавок в случае необходимости их применения.
Согласно предлагаемому способу указанная цель достигается тем, что омагничивание (активацию магнитным полем) воды затворения бетонных смесей производят магнитным полем с высокой напряженностью - 630-640 кА/м, используя для этой цели аппараты, позволяющие получить указанную высокую напряженность магнитного поля в рабочем зазоре аппарата и ,следовательно, в воде, подвергающейся магнитной обработке (активации), и достаточно большой путь (200-210 мм) воды в магнитном поле. В качестве такого аппарата может быть применен аппарат (устройство) для магнитной обработки жидкости по патенту России №2052917, Кл. C02F 1/48, и другие аналогичные аппараты.
Кроме того, воду, поступающую в бетоносмеситель через аппарат омагничивания (активации) из дозатора, количество которой определяется с учетом воды, поступающей в смеситель с влажными заполнителями, подвергают более высокой степени омагничивания (активации), тем большей, чем больше влажность заполнителей и поступившей с ними в смеситель неомагниченной (неактивированной) воды. Для этого увеличивают время омагничивания воды уменьшением скорости ее прохождения через аппарат омагничивания вентилем, установленным на трубопроводе линии подачи воды через аппарат или повышают напряженность магнитного поля в рабочем зазоре аппарата и воде до 660 кА/м и более путем увеличения тока в обмотке намагничивания аппарата известными в технике средствами (автотрансформаторы с плавным регулированием напряжения под нагрузкой, тиристорные регуляторы напряжения и т.п.), либо увеличивают как время омагничивания воды, так и напряженность магнитного поля в рабочем зазоре аппарата и, следовательно, в воде, подвергающейся магнитной обработке (активации).
При активации воды одновременным совместным воздействием магнитного поля и электрического тока, текущего по воде в рабочем зазоре магнитной системы аппарата, которую позволяют осуществлять аппараты (устройства) для электромагнитной обработки жидкости по патентам России №2176620, №2347756, №2284302, увеличение степени активации воды, поступающей в смеситель через дозатор, помимо указанных выше воздействий, осуществляют также увеличением тока, повышением напряжения на электродах аппаратов.
В качестве исходных параметров процесса активации воды затворения бетона можно рекомендовать: величину напряженности магнитного поля - 630-640 кА/м, время активации - 0,9÷0,11 с; при этом с увеличением влажности заполнителей увеличивают время активации до 0,16÷0,18 с или напряженность магнитного поля до 660 кА/м, либо увеличивают как время активации, так и напряженность магнитного поля, ориентируясь на максимальную пластификацию бетонной смеси.
Величина тока при одновременной совместной обработке (активации) воды магнитным полем и электрическим током зависит от конструкции аппарата (формы и расположения электродов, величины поданного на них напряжения и электрического сопротивления воды на этом участке) и варьируется в широких переделах: от 0,18÷0,2 А до 0,5 А в аппаратах по патенту России №2176620 и от 20÷25 А до 250 А в аппаратах по патенту России №2284302 и №2347756, при этом нижние границы указанных параметров тока используют как исходные.
В качестве критерия оптимального режима активации выбирают (ориентируются на) максимальную пластификацию бетонной смеси.
Предлагаемое техническое решение позволяет полностью или в значительной степени компенсировать неактивированную магнитным полем или одновременным, совместным воздействием магнитного поля и электрического тока, воду, поступившую в смеситель с влажными заполнителями (песком и щебнем), поскольку сильно активированная указанными воздействиями вода, поступившая в смеситель из дозатора, смешавшись с неактивированной водой, поступившей в смеситель с влажными заполнителями, активирует всю воду затворения, находящуюся в смесителе и участвующую в процессе приготовления бетонной смеси, что позволяет получить значительное увеличение пластификации бетонной смеси и другие известные положительные эффекты: экономию цемента и воды, повышение прочности бетона, экономию пластифицирующих добавок, в случае необходимости их применения, экономию тепловой энергии, а также повысить оборачиваемость форм и производительность завода.
Источники информации, использованные при составлении заявки:
[1] Влияние магнитной обработки на свойства бетона. Сб «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем». М., 1971, стр.224-227.
[2] Авторское свидетельство СССР №672172, кл. CO4B 40/00, 1977.
[3] Авторское свидетельство СССР №1534041, кл. CO4B 40/001, 1987.
[4] Патент на изобретение России №2028995 CO4B 40/00; 1992.
[5] Помазкин В.А., Макаева А.А. «Об использовании магнитно-активированной воды для затворения бетонных смесей «Бетон и железобетон» №3, 1998, стр.26÷28.