Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях, несмотря на разработку новых строительных материалов и изделий на полимерных и других связующих, одним из самых динамичных среди рынков строительных материалов является рынок потребления бетонов на основе цементного вяжущего. Совершенствование технологий в строительстве, обеспечение долговечности и надежности работы конструкций и сооружений, предъявляет все более высокие требования к качеству применяемых при их возведении бетонов. В этой связи разработка эффективных композитов на цементных связующих, обеспечивающих улучшение их эксплуатационных показателей и снижение материалоемкости, является важной задачей в области строительного материаловедения.
В настоящее время существует широкий спектр технологических приемов, позволяющих целенаправленно регулировать структуру, а, следовательно, и свойства цементных композитов, одним из которых является использование воды, применяемой для затворения, подвергнутой обработке электромагнитным воздействием. Работы многочисленных авторов в этом направлении позволяют утверждать, что при этом статистически достоверно возрастает прочность бетонных изделий, значительно снижается их газопроницаемость, улучшается пластичность и удобоукладываемость бетонной смеси. Несмотря на перспективность данного направления, на сегодняшний день оно не получило широкого развития вследствие невысокой воспроизводимости результатов, связанной с отсутствием стандартных аппаратов для электромагнитной обработки воды. Вместе с этим до настоящего времени не установлены факторы, обеспечивающие ясность протекающих физико-химических процессов в ходе активации (обработки) воды затворения электрическим током и магнитным полем. До настоящего времени расплывчато понятие «активированной» воды, что в конечном итоге, сказывается на корректности технологических процессов, где используется «активированная» вода. Отсюда следует, что исследования технологии получения цементных композитов с применением активированной воды в процессах, направленных на повышение качества строительных материалов и их конкурентоспособности, являются актуальной задачей.
Цель и задачи исследования
Цель исследований заключается в научном обосновании и практическом использовании приемов и методов, обеспечивающих улучшение физико-технических свойств бетонных смесей, цементных бетонов и строительных изделий на их основе при использовании водных растворов, используемых для затворения, активированных электрохимическими и электромагнитными методами.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
1. Установить зависимости изменения свойств цементных связующих от способа активации воды затворения, количественного содержания химических добавок и наполнителей.
2. Установить основные закономерности структурообразования строительных композитов на основе цементных вяжущих и активированных водных растворов, используемых для затворения бетонов.
3. Изучить влияние магнитного поля и электрохимических процессов, а также их совместного воздействия на структуру и свойства воды, водных растворов с пластифицирующими и другими добавками.
4. Исследовать основные физико-технические свойства растворных и бетонных смесей и затвердевших композитов на основе активированных водных растворов.
5. Разработать комплекс приборов и оборудования для магнитной и электрохимической активации водных растворов, используемых для затворения бетона.
6. Разработать рациональную технологию изготовления композитов на цементных вяжущих и активированной воде затворения и строительных изделий на их основе, обладающих повышенной прочностью и долговечностью.
7. Разработать технологию электрохимической обработки воды в производственных условиях, обеспечивающую стабильность процесса при изготовлении бетона и осуществить внедрение технологии при изготовлении строительных изделий.
Научная новизна.
Обоснована и реализована возможность получения эффективных цементных композитов на основе воды затворения, подвергнутой электрохимической и магнитной обработке.
Впервые разработаны практические аппараты для электрохимической и магнитной активации воды, позволяющие активировать воду с наперед заданными свойствами и контролировать процессы активации. Выявлена роль природы анода при электрохимической обработке.
Исследованиями методом ИК-спектроскопии установлено, что воздействие магнитного поля и электрического тока способствует изменению структуры водных растворов, определена роль электрохимических процессов
Впервые оптимизированы режимы электрохимической активации воды затворения композитов на основе цементных связующих с позиций получения материалов с улучшенными физико-техническими свойствами.
Установлены количественные зависимости изменения физико-механических и эксплуатационных свойств цементных композитов, приготовленных на активированной воде затворения, от основных структурообразующих электрохимических факторов.
Практическая значимость работы. Разработана технология получения растворных и бетонных смесей на основе активированной воды, рекомендуемая для использования на заводах ЖБИ без изменения существующих технологических линий; разработан комплекс приборов и оборудования для электрохимической активации воды затворения, позволяющий контролировать процессы активации и получать водные растворы с заданными параметрами.
Получен комплекс данных о влиянии активированной воды затворения, а так же добавок различной природы на физико-технические свойства цементных систем (бетонных смесей и затвердевших материалов).
Полученные результаты позволяют решать энергетические, экономические и экологические проблемы, связанные с производством строительных материалов на цементном вяжущем.
Новизна практических разработок подтверждена 5 авторскими свидетельствами и патентами.
На защиту выносятся.
– Показатели свойств цементных материалов (паст, растворов, бетонов) составленных с применением активированных электрическим током и магнитным полем водных растворов.
– Параметры процесса активации водных растворов, их влияние на процессы структурообразования, показатели качества цементных материалов, оптимальные значения этих параметров.
Данные об активационном действии обработки электрическим током и магнитным полем водных растворов на свойства цементных материалов (паст, растворов, бетонов).
Реализация работы. Результаты исследований использованы при изготовлении бетонных смесей, а также железобетонных изделий на ОАО «Ростокинский завод железобетонных конструкций» г. Москвы, ЗАО «Подольский ДСК» г. Подольска Московской области и ОАО «Завод ЖБК-1» г. Саранска.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2005 г.); «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2006 г.); «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 2007 г.); «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2007 г.); «Сырьевые ресурсы регионов и производство на их основе строительных материалов» (г. Пенза, 2007 г.); «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2007 г.); «Расширение жилищной сферы городов» (г. Москва, 2008 г.), «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (г. Пенза, 2009 г.); «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2009 г.), «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (г. Саранск, 2010 г.), «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ (в том числе две статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 5 авторских свидетельств и патентов).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы, приложений; содержит 186 листов машинописного текста, 26 рисунков, 24 таблицы, 10 приложений.
Диссертационная работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева.
Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. доценту Митиной Е. А. за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы.
