2.2.2. Исследование влияния ультразвуковой активации на структуру цементного камня пенобетона

Исследование влияния ультразвуковой активации воды затворения на структуру цементного камня пенобетона проводилось с помощью определения предела прочности при сжатии. Также определялась средняя плотность пенобетона, затворенного на воде с ультразвуковой обработкой. Испытания проводились на 28 суточных образцах, хранившихся в нормальных условиях в виде кубов размером 10х10х10 см².

Для замесов использовался портландцемент Михайловский М500; водопроводная вода и пенообразователь ПБ-2000. Составы пенобетона определялись по стандартной методике.

Результаты испытаний приведены в табл. 6 и на рис. 14,15.

Таблица 6.

время обработки ультразвуком		Плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, Мпа	Средний предел прочности при сжатии, МПа
без обработки		1460	0,7719	0,770
		1380	0,7581
		1420	0,7689
30 сек 22кГц	1265		0,8341	0,863
	1307		0,8911
1 мин 22кГц	1200		0,7505	0,749
	1260		0,7467
30 сек 44кГц	1315		0,8379	0,833
	1301		0,8284
1 мин 44кГц	975		0,5358	0,621
	1025		0,7059

Рис. 14. Изменение средней плотности пенобетона в зависимости от вида ультразвуковой обработки воды затворения

Рис. 15. Изменение предела прочности при сжатии пенобетона в зависимости от вида ультразвуковой обработки воды затворения

Как видно из приведенных данных средняя плотность пенобетона изменяется в зависимости от вида ультразвуковой обработки воды затворения. Ультразвуковая обработка воды затворения во всех случаях снижает среднюю плотность пенобетона, что указывает на увеличение пенообразования пенообразователя ПБ-2000 и на укрепление структуры цементного камня (снижается усадка пенобетона при твердении). Наибольшее снижение средней плотности пенобетона наблюдается при ультразвуковой обработке воды в течение 1 минуты при частоте 44 кГц. Причем предел прочности у образцов, обработанных ультразвуком в течение 30 секунд, возрастает по сравнению с контрольным на 8,2-12,1% при частоте обработки 44 и 22 кГц, соответственно.

Таким образом, можно констатировать, что ультразвуковая обработка воды затворения улучшает структуру цементного камня пенобетона, снижает его усадку при твердении и улучшает прочностные характеристики. Наилучшие результаты показывает обработка воды в течение 30 секунд при частоте обработки 22 кГц.

Выводы

1. Проведен анализ литературных данных по молекулярному структурообразованию воды, влиянию на нее различных примесей, влиянию структурной релаксации воды на ее свойства, различным способам воздействия на структуру воды. Рассмотрены аппараты для ультразвуковой активации воды. Рассмотрена возможность ультразвуковой активации воды затворения различных видов бетона.

2. Исследовано влияние ультразвуковой активации на структуру водных систем. Исследованы такие характеристики водных систем как температура, водородный показатель, электропроводность дистиллированной и водопроводной воды. Найдено, что ультразвуковая активация увеличивает температуру воды на 27,9-28,9%, увеличивает ее водородный показатель, снижает электропроводность.

3. Исследовано влияние ультразвуковой активации на структуру системы вода - цемент при структурообразовании цементного камня. Найдено, что при ультразвуковой обработке водопроводной воды затворения в течение 30 секунд добавление перед активацией в воду цемента в малых количествах увеличивает прочность цементного камня при добавке 3% на 4,12%, при добавке 5% - на 6,63%. Наилучшие результаты по прочностным характеристикам цементного камня показывает водная система с 5% содержанием цемента, активированная ультразвуком в течение 30 секунд при частоте 22 кГц.

4. Исследовано влияние ультразвуковой активации воды затворения на структуру цементного камня бетона. Найдено, что активация ультразвуком воды затворения во всех случаях упрочняет структуру цементного камня и увеличивает предел прочности при сжатии. Наилучшие результаты показывает ультразвуковая обработка воды в течение 30 cек при частоте 22 кГц – предел прочности при сжатии цементного камня увеличивается на 55,6-60,0% при использовании дистиллированной и водопроводной воды, соответственно. Прочность на изгиб у цементных образцов на активированной воде остается в пределе контрольных значений.

5. Для более полного исследования влияния ультразвуковой активации воды затворения на структуру цементного камня бетона проводились дериватографические исследования. Дифференциально-термический анализ цементного камня, затворенного на активированной ультразвуком воде, показал, что ультразвуковая обработка дистиллированной воды приводит к уплотнению структуры цементного камня, увеличивает содержание высокоосновных кристаллогидратов. Наибольшее изменение массы в цементном камне показали образцы с водой, подвергшейся ультразвуковой активации в течение 30 секунд при частоте 22 кГц.

6. Исследовано влияние ультразвуковой активации на структуру цементного камня пенобетона. Найдено, что в зависимости от вида ультразвуковой обработки воды затворения снижается средняя плотность пенобетона, что указывает на увеличение пенообразования пенообразователя ПБ-2000 и на укрепление структуры цементного камня (снижается усадка пенобетона при твердении). Наибольшее снижение средней плотности пенобетона наблюдается при ультразвуковой обработке воды в течение 1 минуты при частоте 44 кГц. Предел прочности у образцов, обработанных ультразвуком в течение 30 секунд, возрастает по сравнению с контрольным на 8,2-12,1% при частоте обработки 44 и 22 кГц, соответственно.

Проведенные исследования позволяют сделать заключение, что применение ультразвуковой активации в технологии бетона приводит к улучшению структуры цементного камня, увеличению прочностных показателей бетонов и пенобетонов. Это позволит ускорить процесс изготовления бетонных изделий и получить не менее 20% экономии цемента. Наилучшие результаты показывает ультразвуковая активация водных систем в течение 30 секунд при частоте 22 кГц.