2314

суспензии естественно ожидать закономерного увеличения прироста прочности.

Также нами исследовалась зависимость прочностных характеристик гипсового камня от времени активации ВДП гипсовой суспензии. Для этого сравнивалась прочность при различных значениях В/Г образцов изготовленных по обычной технологии и прочность образцов изготовленных из гипсового теста в течении различного времени обработанного ВДП. В качестве вяжущего использовались строительный гипс Г3 Б II производства ЗАО “Максмел”. Во всех случаях тесто затворялось водопроводной водой. Полученные данные свидетельствуют о том, что воздействие ВДП на водогипсовую суспензию приводит к значительному ускорению процесса твердения гипсового теста (рис.11.2).

Данные свидетельствуют о том, что активация водогипсовой суспензии оказывает положительный эффект на прочностные характеристики образцов гипсового камня (рис.12.3).

Прирост прочности, %

В/Г

Рис. 12.3. Влияние времени обработки гипсовой суспензии ВДП на прирост прочности при различном значении В/Г для образцов высушенных

до постоянной массы на основе строительного гипса Г3 Б II:

1 – время обработки суспензии 0,5 мин; 2 – время обработки суспензии 1 мин; 3 – время обработки суспензии 3 мин

Оптимальное время воздействия зависит от значения В/Г активируемой суспензии. Так для теста нормальной густоты (В/Г=0,7) оптимальным является воздействие ВДП в течение 0,5 мин. Прочность высушенных до постоянной массы образцов при этом возрастает с 5,9 до 7,7 МПа.

Подвергать действию ВДП суспензии со значениями В/Г значительно меньшими 0,7 (для данного вяжущего) не рекомендуется, так как в резуль-

191

тате воздействия гипсовое тесто начинает слишком рано схватываться и его дальнейшее использование становиться не возможным.

Для суспензий с В/Г > 0,7 время воздействия необходимо повысить для достижения лучшего эффекта. Активность вяжущего зависит от числа дислокаций, в том числе и вышедших на поверхность. В работе [237] на основе модели С.Н. Журкова показано, что пластическую деформацию, развивающуюся по дислокационному механизму, можно представить, как продвижение вперед атомной конфигурации на один шаг (на параметр решетки) – результат перегруппировки межатомных связей под действием напряжений сдвига σТ. На каждом шаге затрачивается работа σТV0 (V0 – атомный объем) и величина деформации εявляется функцией количества поглощенной системой механической энергии D: ε = f(D). Точно также от величины (дозы) передаваемой системе механической энергии зависят основные дислокационные процессы: размножение дислокаций, захват дислокациями атомов и др. [237].

Следовательно, при ведении в вяжущую систему энергии ВДП, на поверхности и в объеме закономерно увеличивается число дислокаций, причем тем в большей степени, чем больше энергии было введено.

По данным [3,215…217], многочисленные эксперименты указывают на то, что места выхода дислокаций на поверхность являются активными в химическом отношении центрами. В работе [3] указывается, что сама дислокация ещё не служит активным центром, а активными центрами являются атомы, находящиесявобластиупругихискаженийвокругдислокации(рис. 12.4).

Рис.12.4. Модель активного центра, образованного при выходе дислокации на поверхность

Следует отметить, что описанные выше активные центры различных типов, количество которых увеличивается в результате воздействия ВДП, активно участвуют в процессах гидратации.

192

Исследование влияния активации ВДП проводились не только для воздушных, но и для гидравлически вяжущих.

Нами исследовалось прочностные характеристики цементно-песчан- ных образцов с Ц/П = 1:2, и различным В/Ц. В качестве вяжущего использовался Вольский цемент М400. Для затворения раствора применялась водопроводная вода и вода активированная ВДП. Также воздействию поля подвергался и сам раствор.

На рис 12.5, представлено изменение прочности на сжатие бетонных образцов при увеличении В/Ц и активации ВДП воды и растворной смеси. Применение метода активации ВДП увеличивает прочность бетонных образцов по сравнению с прочностью контрольных образцов, затворенных водопроводной водой в зависимости от водоцементного отношения – на 3-35 %.

1

2

3

4

Рис. 12.5. Прочностные характеристики цементно-песчанных образцов с Ц/П = 1:2, и различным В/Ц на 28 сутки при использовании:

1 – водопроводной воды; 2 – воды, 30 мин обработанной ВДП;

3–

Кповышению прочности цементно-песчаных образцов приводят процессы аналогичные рассмотренным для гипсового вяжущего.

Исследование влияния комплексного воздействия ВДП на прочностные характеристики гипсового камня

Для выяснения эффекта от комплексного воздействия ВДП на прочность гипсового камня нами применялся планированный трехфакторный трехуровневый эксперимент.

Прежде чем приступить к планированию эксперимента, необходимо определить варьируемые факторы и интервалы варьирования. Количество

193

регулируемых факторов, воздействующих на объект, принимаем равное трем (табл. 12.1).

Таблица 1 2 . 1

Факторы и уровни их варьирования

В ходе выполнения эксперимента необходимо выяснить, как влияют данные факторы на основное физико-механическое свойство объекта исследования:

Y – прирост прочности в результате влияния ВДП, %

Количество регулируемых факторов (Xi), воздействующих на объект, примем равным 3. Тогда уравнение модели запишется в следующем виде:

Y = C0 + C1 · X1 + C2 ·X2 + C3 · X3 + C4 · X12 + C5 · X22 + C6 · X32 +

+ C7 · X1 · X2 +C8 · X1 · X3 +C9 · X2 · X3.

Лучшим для построения квадратичной модели в области материаловедения и технологии можно считать план Бокса (В3). Математический план в кодированных значениях предусматривает варьирование трех факторов на трех уровнях (нижнем, среднем и верхнем).

Результаты эксперимента приведены в табл. 12.2.

Таблица 1 2 . 2 Информационная таблица о проведении эксперимента

и полученных результатах

194

Полученные в ходе эксперимента данные были использованы для построения модели изучаемого объекта в виде полиномиальных уравнений второго порядка.

Расчет коэффициентов уравнений модели осуществляли по методу наименьших квадратов на ЭВМ в программе «Microsoft Office Excel 2007».

В результате обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения:

Прирост прочности в результате влияния ВДП:

Y= – 55,3 + 0,062Х1+138,70Х2 – 0,046Х3 – 1,435·10-5Х12 – 125,67Х22 +

+0,02Х32 – 0,0012Х1Х2 – 0,0015Х1Х3 – 0,577Х2Х3.

Данное уравнение модели отражает влияние выбранных факторов на изменчивость исследуемого отклика системы.

Проверка полученной математической модели на адекватность изучаемому процессу по F–критерию Фишера показала, что данная модель адекватна исследуемому процессу при доверительной вероятности 95 % (5 %-м уровне значимости).

195

13. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ВИХРЕДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ

13.1. Рекомендации по конструированию оборудования для активации вихрединамическим полем

Установка для активации воды затворения и растворных смесей, используемая в данной работе для разработки эффективных строительных материалов на основе гипсового вяжущего, может быть использована в заводских лабораториях для определения оптимальных условий магнитомеханического воздействия на конкретные растворные смеси.

Но рассматриваемый метод активации может найти применение как непосредственно при приготовлении растворов на строительной площадке, так и в крупном производстве. Важно отметить, что применение разработанной методики активации не требует изменения основной технологической линии, необходим лишь монтаж постоянных магнитов на перемешивающие устройства уже существующих смесителей (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Возможные базовые варианты перемешивающих устройств, которые можно использовать для магнитомеханической активации

Широкий спектр существующих магнитных материалов с различными свойствами (табл. 13.1.) дает возможность выбирать магнит, обеспечивающий оптимальные условия активации для каждого конкретного материала.

В течение прошлого столетия и до 1940, все магниты были сделаны от стали. Магниты, сделанные из стали теряют силу очень медленно, на протяжении многих, многих лет. Но этот процесс «старения» должен был быть принят во внимание всеми отраслями промышленности приблизительно до 1950 г.

196

Это изменилось с изобретением alni и alnico магнитов. Их материал не изменялся с возрастом. Они теряют свою магнитную силу только в случае воздействия большой энергии, типа сильных токов или ударов молнии.

С появлением керамических магнитов, даже такие вмешательства энергии не могли уменьшить магнитную силу. Керамические магниты несколько слабее, чем alnico, но они не размагничеваются под действием высокой температурой.

После 1970, изобретение магнитов, содержащих редкоземельные металлы, подобные самарию или неодиму, сделало доступными чрезвычайно мощные магниты, которые не показали никакого свидетельства того, что их сила со временем уменьшается.

В промышленных условиях для сокращения затрат на покупку магнитов рекомендуется использовать интенсивные смесители АЙРИХ типа R. Они созданы для применения в различных отраслях для обработки сырья и приготовления смесей. Благодаря возможностям регулирования оснащения машин и энергетической зоны гарантируется высокая степень эффективности. Интенсивные смесители АЙРИХ могут изготавливаться по принципу встречного или поперечного потоков (рис. 13.2. а, б). Принцип действия пригоден как для периодического так и для непрерывного режимов работы. За счет эксцентрического расположения перемешивающее устройство данных смесителей имеет небольшие по отношению ко всему объему смесителя размеры, но в тоже время конструкция обеспечивает попадание всего обрабатываемого материала в рабочую область мешалки. А раз мешалка не велика, то, соответственно, требуется меньшее количество магнитов. К тому же независимо работающая мешалка может позволить выбирать мощность, требуемую для данной конкретной задачи. Поскольку мешалка (агитатор) только перемешивает и не контактирует с дном камеры смесителя, она может вращаться с любой заданной скоростью.

а б

Рис. 13.2. Схема потоков:

а – принцип поперечных потоков; б – принцип встречных потоков

198

13.2. Экономическая эффективность применения вихрединамической активации при производстве гипсовых четырехсторонних пазогребневых плит

Для изготовления перегородок весьма большое распространение получили перегородочные гипсовые плиты для поэлементной сборки перегородки на месте строительства. Они используются в первую очередь при сооружении промышленных, учебных, торговых зданий, жилых нетиповых и малоэтажных домов с нестандартными размерами помещений.

Для производства мы предлагаем использовать метод литья, при котором изделия формуют из гипсовой формовочной массы весьма подвижной консистенции при содержании 70-80 % воды от веса гипса. После схватывания отлитые изделия освобождают из форм. Изготовленные изделия имеют определенную влажность и требуют дополнительной сушки.

Для производства пазогребневых гипсовых плит можно использовать любой доступный гипс марок Г-5, Г-6, Г-7. Использование более высокопрочного гипса позволяет получить высокопрочный материал, однако экономически это оказывается не всегда выгодно. Гипс марок Г-5 приходится использовать без дополнительного вспенивания. Использование предлагаемой методики активации водогипсовой суспензии позволяет вспенить гипсовую массу и снизить плотность материала при сохранении необходимой прочности. Также можно повысить экономический эффект производства гипсовых плит, применяя магнитомеханическую активацию водогипсовой суспензии, при этом сокращается расход гипсового вяжущего, за счет увеличения водогипсового отношения, при сохранении прочностных показателей.

Производство плит предлагается осуществлять путем формирования гипсового теста литьевой консистенции в форме. Рассмотрим случай использования смесителя периодического действия объемом 400 л. Выгрузка готовой гипсовой массы из смесителя производится самотеком. Разборка, сборка формы, выемка плит производится вручную. Загрузка смесителя производится дозаторами.

При размере плиты 667 500 80 мм (0.0267м3) выход с 1 м3 раствора гипса 37,45 шт.

Таблица 1 3 . 2 Калькуляция стоимости сырьевых материалов на изготовление 1 м3

гипсового раствора и на 1 плиту

199

Таким образом, дополнительные траты на оборудование необходимого для магнитомеханической активации составляют всего ~3 % от стоимости оборудования необходимого для производства.

Срок службы постоянных магнитов зависит от абразивного износа и можно принять его равным 5 годам.

Таблица 1 3 . 6 Калькуляция себестоимости одной пазогребневой гипсовой плиты

200