2315

Было установлено влияние магнитно- и электрохимически активированной воды на свойства бетонной смеси и бетона. Контролируемыми характеристиками выступали подвижность смеси, а затвердевших бетонов – прочность на сжатие. Прочность бетонов определяли путем испытания образцовкубиков с размером ребра 10 см, а подвижность бетонной смеси – по осадке конуса Абрамса. Бетонная смесь готовилась следующего состава: цемент (М400) – 360 кг; песок – 828 кг; щебень – 1 036 кг; вода – 215 л. Результаты исследований представлены на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Зависимость изменения предела прочности на сжатие бетонов на основе активированной воды затворения от типа активации:

1 – обычная вода; 2 – вода, обработанная магнитным полем; 3 – вода, обработанная электрическим током; 4 – вода, обработанная совместным действием электрического тока и магнитного поля; 5 – вода, обработанная совместным действием магнитного поля и электрического тока

Из графиков следует, что активированная вода затворения дает возможность повысить прочностные свойства бетонов на 10-18 %.

Таким образом, проведенные исследования показали, что при применении активированной воды затворения в растворных и бетонных смесях возможно получение цементных композитов с улучшенными прочностными показателями.

4.3. Водостойкость цементных композитов

Знание устойчивости цементных композитов при воздействии на них воды является важным по той причине, что строительные конструкции и изделия многих зданий и сооружений во время эксплуатации находятся в условиях водных сред. Разрушение цементного камня под воздействием воды относится, согласно общепринятой классификаций, к 1-му типу кор-

51

розии. Деструктивное воздействие воды вызвано прежде всего постепенным вымыванием растворимого гидрооксида кальция.

Для исследования рассматривались равноподвижные цементные композиции. В качестве воды затворения использовалась вода:

1) природноминерализированная необработанная (О), 2) природная, обработанная электромагнитным полем с Нmах=150 кА/м (М), 3)природная, обработанная в камере электрохимической активации с JMAX=43,55 А/м2 (Э6А), 4) природная, обработанная последовательно электромагнитным

полем Hmax=150 кА/м и электрическим током с Jmax=43,55 А/м2 (М+Э6А), 5) природная, обработанная последовательно в камере электрохимической

активации с JMAX=43,55 А/м2 и в камере электромагнитной активации с Hmax=150 кА/м (Э6А+М). Кинетика изменения массосодержания и коэффициента стойкости композитов, изготовленных на активированной по различным режимам воде затворения, в зависимости от длительности выдерживания в среде приведена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Зависимость изменения массосодержания (а)

и коэффициента стойкости (б) цементных композитов от длительности выдерживания в воде и типа активации:

1 – О; 2 – М; 3 – Э6А; 4 – М+Э6А; 5 – Э6А+М

52

Согласно исследованиям З.А. Турковой, наиболее возможными агентами биологической коррозии строительных материалов, вызываемой мицелиальными грибами, являются различные сочетания лимонной кислоты и пероксида водорода. Автором установлено, что интервалы продуцирования этих веществ грибами составляют 0,02-2,0 моль (или 0,1-10 %) для лимонной кислоты и 0,01-1 моль (или 0,03-3 %) – для пероксида водорода. С учетом этих данных нами проведены исследования биологического сопротивления цементных композитов, приготовленных на обычной природноминерализованной воде и активированной электромагнитным полем с Hmax=150 кА/м. При проведении исследований рассматривались равноподвижные цементные композиции. Задача решалась с помощью методов математического планирования эксперимента путем реализации матрицы, составленной по плану Коно. Варьируемыми факторами являлись содержание лимонной кислоты (Х1) и пероксида водорода (Х2) в водном растворе, а оптимизируемым параметром – коэффициент биологической стойкости композитов. Образцы были выдержаны в среде в течение 14, 28 и 90 суток. В табл. 4.6 приведены матрица планирования эксперимента, рабочая матрица и результаты эксперимента.

Результаты были обработаны методом наименьших квадратов, что позволило получить регрессионные уравнения, по которым были построены графические зависимости (рис. 4.6). Из графиков следует, что наиболее агрессивной средой для цементных композитов на активированной и обычной воде затворения являются водные растворы, в которых содержание лимонной кислоты и пероксида водорода составляет соответственно 2,0 и 0,1 моль. Следует также отметить, что композиционные материалы на воде

55

затворения, обработанной магнитным полем, являются более устойчивыми к воздействию биологически активных сред.

Рис. 4.6. Зависимость изменения коэффициента стойкости в биологически активной среде цементных композитов на обычной воде (а) и воде, обработанной магнитным полем (б)

56

4.6. Морозостойкость

Морозостойкость материалов характеризует их способность в водонасыщенном состоянии противостоять воздействию знакопеременных температур. Вода, проникающая в поры материала, при отрицательных температурах замерзает, и за счет увеличения объема создает растягивающие напряжения в структуре материала. К этим напряжениям суммируются напряжения, возникающие от разности коэффициентов температурного расширения составляющих материалов. Таким образом, морозостойкость материалов будет тем выше, чем больше их плотность и водостойкость.

Морозостойкость составов изучалась по ускоренной методике. Рассматривались составы приготовленные на активированной воде при различных методах активации. Количество воды в композициях принималось из условия обеспечения равноподвижности. Результаты испытаний приведены на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Зависимость изменения коэффициента морозостойкости цементных композитов от количества циклов и типа активации:

1 – О; 2 – М; 3 – Э6А; 4 – М+Э6А; 5 – Э6А+М

Результаты исследований показывают, что оптимальными по морозостойкости являются композиты, для изготовления которых была использована вода затворения, обработанная в электроактиваторе, а также последовательно электрическим током и магнитным полем. У этих материалов после 30 циклов попеременного замораживания и оттаивания коэффициент морозостойкости на 18-40 % больше по сравнению с материалом на обычной воде.

57

Контрольные вопросы

1.Что показывает анализ результатов рентгеноструктурного исследования цементного камня и цементных композитов на активированной магнитным полем и электрическим током воде затворения?

2.Как зависят сроки схватывания цементного теста от режимов активации воды затворения?

3.Как меняются прочностные характеристики бетонов, изготовленных на основе, активированной в различных режимах, воды затворения?

4.Меняются ли физико-технические свойства растворных смесей и растворов? Как?

5.Как изменяется долговечность цементных композитов полученных с применениеммагнитноиэлектохимическиактивированнойводызатворения?

58

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЕНОБЕТОНОВ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ НА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ-

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОАКТИВИРОВАННОЙ ВОДЕ ЗАТВОРЕНИЯ И ИХ ОПЫТНОЕ ВНЕДРЕНИЕ

5.1. Исследование свойств цементного камня и структурообразования цементных паст

Структурообразование цементных композитов определяется взаимодействиями, происходящими в контакте жидкой и твердой фаз, что зависит от количественного соотношения цемента и воды, а также количественного содержания, дисперсности и физико-химической активности наполнителей.

Вода является обязательным компонентом цементных композитов и определяет их технологические свойства. В предыдущих главах было представлено влияние электрического тока и магнитного поля на изменение физико-химических свойств воды затворения, а также экспериментально доказано улучшение физико-механических свойств цементных композитов за счет применения активированной воды затворения.

Исследование направлено на изучение структурных изменений, происходящих в цементном камне на основе активированной воды затворения.

Активация питьевой водопроводной воды проводилась путем последовательной обработки электромагнитным полем и электрическим током с применением установки магнитной противонакипной обработки УПОВС2-5.0 «Максмир». Обработка проводилась по трем режимам, шифр которых составлен из буквенного и цифрового обозначения. Буквенное обозначение «Э+М» означает, что природная вода была подвержена совместной последовательной активации электрическим током (электрохимическая активация) и электромагнитным полем в рабочих зазорах аппарата. Цифровое обозначение соответствует выбранному режиму работы аппарата, которое характеризует силу тока (позицию переключателя) в цепи электролизера и обмотке намагничивающих катушек. Тогда, Э+М (1-1) – активированная вода по режиму с плотностью тока jmax = 5,65 А/м в камере электрохимический активации и напряженностью электромагнитного поля

Нmax = 24 кА/м в рабочем зазоре камеры электромагнитной активации,

Э+М (3-3) jmax= 22,58 А/м2 и Нmax = 75 кА/м, Э+М (6-6) – jmax= 43,55 А/м2 и

Нmax= 135 кА/м соответственно. Электрический ток, подаваемый на электроды и катушки электромагнита, – импульсный.

В ходе выполнения эксперимента был использован портландцемент М500 СЕМ 1-42.5 завода ОАО «Мордовцемент». Были изготовлены образ-

59

цы-кубики цементного камня размером 2 2 2 см. Водоцементное отношение для всех составов определялось исходя из нормальной густоты цементного теста. Образцы твердели в нормальных условиях в течение 56 суток. В качестве контрольного образца рассматривался цементный камень, изготовленный на необработанной воде. Полученные образцы были измолоты в агатовой ступке агатовым пестиком с ацетоном до тех пор, пока все пробы не проходили через сито с апертурой 90 мкм. Истертые пробы помещались в круглые держатели с верхней загрузкой внутренним диаметром 25,65 мм и глубиной 1,9 мм, изготовленные из специальной стали.

Регистрация дифрактограмм осуществлялась на дифрактометре ARL X'tra (Швейцария) через 3, 12, 28 и 56 суток твердения на CuKai+2 излучении в интервале углов 2 = 4-80° в пошаговом режиме и временем экспозиции 1 секунда в каждой точке. Во время съемки образец вращался со скоростью 60 оборотов/минуту.

Качественный рентгенофазовый анализ проводился при помощи порошковой базы данных ICDD PDF-2 (2008).

Количественный рентгенофазовый анализ по методу Ритвельда осуществлялся при помощи программного обеспечения Siroquant Sietronics Pty Ltd. В ходе анализа были уточнены параметры решетки, профильные параметры, фон и общая тепловая поправка. Для определения количества аморфной фазы (C-S-H геля) был использован метод внутреннего стандарта с использованием образца SRM 660b (LaB6). Перенормировка осуществлялась по формуле

где WAMORPH – массовая доля аморфной фазы в образце; х – исходная концентрация LaB6 (10 % масс.); у – вычисленное значение концентрации LаВ6

входе уточнения по методу Ритвельда.

Входе качественного анализа дифрактограмм было установлено, что в составе всех изученных образцов цементного камня присутствуют следующие минералы:

C3S(Ca3SiO5) с d =[3.044;... 2.784;...;2.617; 2.191;...; ...1.77; 1.629; ...];

C2S (Ca2SiO4) с d =[...2.886; ...2.784; 2.755;...2.617;...2.191..];

C3A(Ca2.96Na0.08Al2O6)c d=[2,702; ...2.206;...; 1.912;...1.3510..];

C4AF (Ca2Fe0.28Al1.72O5) с d =[7.321;... 2.65;...2.058;... 1.923...];

3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O (эттрингит) с d =[9.733;... ; 5.619; 3.872;...

3.49;...];

Ca(OH)2 (портландит) с d =[4.944; 3.04; 2.635; 1.927; 1.8; 1.69...].

Также во всех пробах присутствует SiO2 (а-Кварц) с d =[4.261; 3.348; 2.459; 2.283;...; 2.13;...; 1.819; 1.543;...], концентрация которого находится в

60