Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические и практические предпосылки применения механомагнитой активации водных систем с органическими добавками в технологии мелкозернистого бетона 9
1.1. Теоретические аспекты особенностей структурообразования бетона на портландцементном вяжущем 9
1.1.1. Общие сведения о состоянии воды при твердении цементного камня 9
1.1.2. Механизм твердения портландцемента при его взаимодействии с водой
1.1.3. Особенности химической кинетики при твердении цементно-полимерного бетона 17
1.2. Пути направленного структурообразования бетона на портландцементном вяжущем 19
1.2.1. Введение модифицирующих добавок 19
1.2.2. Применение активированной воды для затворения бетона 22
1.3. Теоретические предпосылки для. разработки механомагнитного способа активации воды затворения с органическими добавками 23
1.3.1. Модели структуры чистой воды 23
1.3.2. Влияние растворенных в воде примесей 26
1.3.3 «Память» воды на физические воздействия 28
1.3.4. Способы изменения свойств воды 29
1.4. Практические предпосылки для разработки механомагнитного способа активации воды затворения с органическими добавками 33
1.4.1. Механический метод активации воды 33
1.4.2. Магнитный метод активации воды 36
1.4.3. Применение омагниченной воды в технологии бетона 37
1.5. Выводы по главе 39
1.6. Постановка задач исследования 40
2. Выбор объектов и методологии исследования 41
2.1. Объект исследования 41
2.2. Характеристика сырьевого материала 42
2.2.1. Характеристика минерального вяжущего 42
2.2.2. Характеристика воды затворения 44
2.2.3. Характеристика химических добавок 45
2.3. Описание лабораторной установки для активации водных систем 48
2.4. Методы оценки свойств исследуемых материалов 52
2.4.1.. Методы исследований свойств воды затворения бетона... 52
2.4.2. Методы исследований свойств цементных композиций... 52
2.5. Методика проведения эксперимента 54
3. Исследование влияния механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками на физико-механические свойства цементных композиций и построение математических моделей для оптимизации режимных параметров активации и составов бетона
3.1. Исследование влияния режимных параметров активации на химический состав и свойства воды затворения
3.1.1. Химический анализ активированной воды 58
3.1.2. Исследование влияния режима импульсной механомагнитной активации на активность ионов водорода (рН), электро проводимость (Е) и температуру (Т) дистиллированной воды
3.2. Исследование влияния механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками на физико-механические свойства цементного теста и цементного камня с применением математического моделирования 65
3.2.1. Исследование влияния активированных при различных режимах водных растворов С-3 на свойства цементных композиций
3.2.2. Исследование влияния активированных при различных режимах водных растворов КМЦ на свойства цементных композиций
3.2.3. Исследование влияния активированных при различных режимах водных растворов ПВА на свойства цементных композиций
3.3. Исследование влияния механомагнитоактивированных (ММА) водных систем с органическими добавками на физико-механические свойства мелкозернистого бетона
3.3.1. Исследование влияния ММА водных систем с органическими добавками С-3, КМЦ и ПВА на технологические свойства бетонной смеси 87
3.3.2. Исследование влияния ММА водных систем с органическими добавками С-3, КМЦ и ПВА на прочность бетона
3.3.3. Исследование влияния ММА водных систем с органическими добавками С-3, КМЦ и ПВА на водопоглощение равнопо-движных бетонных смесей
3.4. Вывод по главе
4. Исследование физико-химических процессов формирования фазового состава цементных композиций на основе механомагнито-активированных водных систем с органическими добавками
4.1.Особенности дифференциально-термогравиметрического анализа (ДТГА) цементных композиий 100
4.2. Исследование механизма физико-химических превращений в композиции: портландцемент + механомагни-тоактивированная вода 103
4.3. Исследование механизма физико-химических превращений в композиции: портландцемент + механомагнитоактиви-рованная водная система с добавкой С-3
4.4. Исследование механизма физико-химических превращений в композиции: портландцемент + механомагнитоактиви-рованная водная система с добавкой ПВА 114
4.5. Исследование механизма физико-химических превращений в композиции: портландцемент + механомагнитоактиви-рованная система с добавкой КМЦ 120
4.6. Построение теории импульсной механомагнитной активации воды и водных систем с органическими добавками 124
4.7. Вывод по главе 130
5. Разработка нормативно-технической и технологической документации по модернизации производственного процесса приготовления бетонной смеси на основе механомагни-тоактивированных водных систем с органическими добавками 132
5.1. Разработка принципиальной технологической схемы по активированию жидкости затворения 133
5.2. Решение по модернизации технологической линии приготовления бетонной смеси на основе ММА водных систем 138
5.3. Разработка рекомендаций по проектированию составов модифицированного мелкозернистого бетона на основе ММА водных систем с органическими добавками 142
5.3.1.Особенности проектирования 142
5.3.2. Рекомендации по подбору состава модифицированного мелкозернистого бетона (ММБ) 143
6. Технико-экономическое обоснование применения механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками для затворения мелкозернистого бетона 148
6.1. Технико-экономические показатели мелкозернистого бетона на основе ММА водных систем с органическими добавками 148
6.2. Рекомендуемые области применения модифицированного мелкозернистого бетона 151
Основные выводы 154
Библиографический список 156
Приложения 170
- Общие сведения о состоянии воды при твердении цементного камня
- Описание лабораторной установки для активации водных систем
- Исследование влияния ММА водных систем с органическими добавками С-3, КМЦ и ПВА на технологические свойства бетонной смеси
- Исследование механизма физико-химических превращений в композиции: портландцемент + механомагни-тоактивированная вода
Введение к работе
Актуальность работы. Основным направлением развития современной технологии бетона является получение бетонов с заданными техническими и технологическими свойствами при минимизации материальных и энергетических затрат. С целью регулирования свойств бетонов применяются различные способы. Одним из самых распространенных, является применение специальных добавок, которые в большинстве своем значительно увеличивают стоимость бетона и, улучшая одни свойства, ухудшают другие. Для модификации бетонов также нашло широкое применение активирование компонентов бетонной смеси, в т.ч. воды затворения. Установлено, что вода - единственный компонент цементных композитов, инициирующий различные реакции в цементной системе. Известно, что при направленном внешнем воздействии физических сил (электрических, магнитных, электромагнитных, тепловых, радиационных, звуковых и др.) изменяются свойства воды. Использование активированной воды для затворения бетона на порт-ландцементном вяжущем оказывает существенное влияние на процесс твердения цемента и приводит к улучшению ряда свойств образующегося композита. Несмотря на большое количество исследований проведенных в области активации воды затворения, теория, позволяющая систематизировать и обосновать физико-химические процессы при формировании фазового состава цементных композиций, развита недостаточно.
В связи с этим, актуальным направлением решения проблемы улучшения качества мелкозернистого бетона, является способ, сочетающий в себе элементы минимальных удельных затрат.и максимальных модифицирующих эффектов ме-ханомагнитоактивированных (ММА) водных систем с органическими добавками в микродозах, используемых в качестве жидкости затворения.
Научный консультант: Советник РААСН, доктор технических наук, профессор Акулова Марина Владимировна
Научная новизна работы заключается в следующем:
Научно обоснован и экспериментально подтвержден способ улучшения свойств мелкозернистого бетона, заключающийся в применении для его затво-рения механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками (С-3, ПВА и КМЦ).
Экспериментально и методом регрессионного анализа установлена четкая зависимость между технологическими параметрами импульсной механомагнитной активации водных систем (скорость вращения ротора, время активация, концентрация органических добавок) и свойствами цементных композиций (подвижность, прочностные показатели и др.).
Выявлено совместное влияние механомагнитоактивированной воды и органических полимерных добавок С-3, ПВА и КМЦ на изменение ряда технологических и эксплуатационных свойств бетона.
Установлены основные закономерности структурообразования цементного камня на активированных водных системах с органическими добавками (С-3, ПВА и КМЦ), позволяющие прогнозировать и получать бетон с заданными свойствами.
Практическая значимость состоит в следующем: Разработанные теоретические и практические основы процесса импульсной механомагнитной активации водных систем с органическими добавками, позволят получать мелкозернистый бетон с более широкими функциональными возможностями при снижении материалоемкости и энергоемкости производства.
Бетон на основе механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками, по сравнению с бетоном, полученным по традиционной технологии, отличается меньшей себестоимостью и улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами (сохраняемость подвижности от 1,5 - 2,0 час; интенсивный набор прочности в первые 3 -7 суток и др.).
Применение импульсной механомагнитной активации позволяет многократно сократить дозировку органических добавок с сохранением их функционального назначения, что делает технологию более безопасной и экономичной.
Реализация результатов работы. На основании полученных результатов разработан технологический регламент по импульсной механомагнитной активации водных систем с органическими добавками, в соответствии с которым была выпущена опытно-промышленная партия мелкозернистого бетона на ОАО «Домостроительная компания» г. Иваново.
Результаты исследований, разработанная нормативно-техническая и технологическая документация по модернизации производственного процесса приготовления бетонной смеси на основе механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками, а также методика по подбору составов модифицированного мелкозернистого бетона рекомендованы для практического применения при производстве строительных материалов на основе цементного вяжущего, а также в учебном процессе для специальности 290600 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при выполнении лабораторных, курсовых работ и при дипломном проектировании. Получен патент на изобретение № 2345005 «Состав для приготовления бетона» от 27.01.07.
Апробация работы. Диссертационная работа и ее отдельные части докладывались и обсуждались на ежегодных Международных научно-технических конференциях Ивановского государственного архитектурно-строительного университета «Информационная среда вуза» (г. Иваново, 2005-2009 г.г.); на Международной научно-технической конференции «Новые и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов». (Пенза, 2006); на XIII Международном семинаре Азиатско-Тихоакеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века» (Новосибирск, 2006). Получены дипломы по результатам научной работы представленных на III, IV и V Ивановских инновационных салонах («Инновации-2006», «Инновации-
2007», «Инновации -2008»).
Основным направлением развития современной технологии бетона является получение бетонов с заданными техническими и технологическими свойствами при минимизации материальных и энергетических затрат. С целью регулирования свойств бетонов применяются различные способы. Одним из самых распространенных, является применение специальных добавок, которые в большинстве своем значительно увеличивают стоимость бетона и, улучшая одни свойства, ухудшают другие. Для модификации бетонов также нашло широкое применение активирование компонентов бетонной смеси, в т.ч. воды затворения. Установлено, что вода - единственный компонент цементных композитов, инициирующий различные реакции в цементной системе. Известно, что при направленном внешнем воздействии физических сил (электрических, магнитных, электромагнитных, тепловых, радиационных, звуковых и др.) изменяются свойства воды. Использование активированной воды для затворения бетона на портландцементом вяжущем оказывает существенное влияние на процесс твердения цемента и приводит к улучшению ряда свойств образующегося композита. Несмотря на большое количество исследований проведенных в области активации воды затворения, теория, позволяющая систематизировать и обосновать физико-химические процессы при формировании фазового состава цементных композиций, развита недостаточно.
В связи с этим, актуальным направлением решения проблемы улучшения качества мелкозернистого бетона, является способ, сочетающий в себе элементы минимальных удельных затрат и максимальных модифицирующих эффектов ме-ханомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками в микродозах, используемых в качестве жидкости затворения. Решению задачи по определению влияния рецептурных и технологических факторов на свойства цементных композиций на основе механомагнитоактивированных водных систем с органическими добавками в микродозах посвящена данная работа.
Общие сведения о состоянии воды при твердении цементного камня
Цементный бетон - гетерогенный многофазный материал, содержащий относительно инертные заполнители, цементируемые вместе с гидратированным портландцементным камнем, который представляет собой сложную композицию, чувствительную к изменению окружающей среды и изменяющимся условиям на-гружения [2].
Известно, что вода является инициатором начала химических реакций, в результате которых вяжущее (цемент) превращается в изделие (цементный бетон). Только после её добавления к сухим цементу и заполнителю, конгломерат получает структуру и свойства, присущие бетонной смеси.
Установлено [1-9], что вода, с первых минут затворения цемента, может находиться в связанном состоянии (химическая связь, физико-химическая или адсорбционная связь, физико-механическая или капиллярная связь) и в свободном состоянии.
Химически вода связывается, преимущественно в результате ионного взаимодействия, в стехиометрических соотношениях с минералами цемента в процессе гидратации. Ряд исследователей утверждают [5], что в начальный период твердения (до 1 ч) доля прореагировавшего цемента не превышает 1% и соответственно количество химически связанной воды незначительно.
Физико-химическая связь воды в бетонной смеси характерна в основном в адсорбционных пленках, образуемых на поверхности твердых частиц ненасыщенными ван-дер-ваальсовыми силами.
Благодаря экспериментальным работам Фельдмана [9], был выявлен механизм адсорбции. Так, адсорбционные слои на твердых поверхностях возникают как при поглощении паров из воздуха (гигроскопическая влага), так и при непосредственном соприкосновении- с водой. Диполи воды, непосредственно прилегающие к твердым поверхностям и удерживаемые под большим давлением ПОЛЯ молекулярных сил, образуют прочносвязанную воду, несколько удаленные и связанные диполь-дипольными взаимодействиями создают т.н. рыхлосвязанную воду. На твердых поверхностях компонентов бетонных смесей адсорбируются как водные молекулы, так и ионы, растворенные в воде, образуемые при гидролизе цемента. Опытным путем [8-9] было установлено, что при этом на поверхностях раздела фаз возникает двойной электрический слой, толщина которого обратно пропорциональна концентрации ионного раствора и составляет менее 0,01 мкм. При этом толщина адсорбционных водных пленок, уменьшается с увеличением дисперсности твердых частиц, а на зернах цемента и гидратных новообразований толщина адсорбционного слоя воды составляет от нескольких единиц до нескольких тысяч молекулярных диаметров. Расход адсорбционно связываемой воды в бетонной смеси составляет 1-3% всей воды затворения при использовании абсолютно сухих материалов [8].
Вслед за образованием адсорбционных пленок по мере увлажнения происходит смачивание частиц цемента и заполнителей водой, т.е. капиллярно-пористого пространства бетонной смеси. Смачивание водой является свойством гидрофильных твердых поверхностей и обусловлено поверхностным натяжением. По сравнению с адсорбционной вода смачивания удерживается значительно слабее и включает диффузный слой, состоящий из молекул способных передвигаться от одной частицы к другой до установления равновесия. Для воды смачивания, как утверждают ученые [1-6], характерна меньшая скорость передвижения по сравнению со скоростью поднятия воды в капиллярах.
Капиллярную воду, в отличие от воды смачивания, обусловливает капиллярное давление, возникающее в порах. Основная масса пор в бетонной смеси относится к макрокапиллярам, они заполняются водой при непосредственном соприкосновении с ней и отдают ее в атмосферу, насыщенной водяными» парами. Для относительно крупных пор капиллярное давление незначительно и поведение воды в них определяется в основном влиянием силы тяжести.
Знание состояния воды в гидратированном портландцементе необходимо для дальнейшего развития теорий о механизме образования и твердения вяжущих веществ, в том числе с применением органических добавок.
Механизм твердения портландцемента при его взаимодействии с водой Имеется несколько основных теорий о механизме образования и твердения вяжущих веществ при их взаимодействии с водой. Современные представления о механизме образования и твердения цементного камня возникли на основе общей теории твердения вяжущих веществ, предложенной А.А. Байковым [1], который объединил кристаллизационную теорию А. Ле- Шателье и коллоидную теорию В. Михаэлиса. Эти теории получили дальнейшее развитие в работах В.Б. Ратинова [14], Тейлора [13] и др. Согласно общей теории, которая, достаточно полно раскрывается во многих учебниках и научных публикациях, например таких как [4-8, 12-16], для отвердевания искусственного цементного камня характерно наличие двух стадий. Первая стадия начинается с момента объединения неорганического вяжущего вещества с жидкой средой и образования суспензии или пасты определенной концентрации. В возникшей гетерогенной системе немедленно начинаются и протекают деструк-ционные процессы с неполным или полным разрушением самих частиц вяжущего вещества и переходом их в водный раствор. Переход твердой фазы в раствор, является значимым на этой стадии и может быть зафиксирован индикаторами (лакмусом, фенолфталеином и др.), так как чаще всего водная среда не остается нейтральной, что подтверждается возрастанием водородного показателя рН. Этот переход в другое агрегатное состояние усложнен и связано это с тем, по утверждению ученых Баженова Ю.М., Рыбьева И.А. и др. что процесс происходит не одновременно в отношении всех твердых частиц вяжущего вещества вследствие их различной дисперсности и растворимости. При растворении происходит, во-первых, распад растворяемого вещества до размеров молекул с последующим молекулярным взаимодействием и изменением молекулярной структуры раствора; во-вторых, протекают определенные химические процессы. Наиболее типичным выражением последних является ионная реакция, поскольку ей предшествует расщепление молекул вяжущего вещества на положительные и отрицательные ионы. Исследования, проведенные Буттом Ю.М. и Тимашевым В.В. [17] показали, что неорганические вяжущие вещества обладают неодинаковой растворимостью. Среди них группа труднорастворимых вяжущих с содержанием силикатов, алюмосиликатов или других оксисолей моно- и поликремниевых кислот.
Описание лабораторной установки для активации водных систем
На данном этапе работы изучалось влияние активированной жидкости на физико-механические свойства мелкозернистого бетона, а именно на удобоукла-дываемость (подвижность и сохранение подвижности), водоотделение, на прочностные характеристики, в том числе на интенсивность набора прочности, водопо-глощение. Исследовались составы (песчаного) мелкозернистого бетона класса В20 с водоцементным отношением В/Ц=0,34-0,42 включающие: цемент ГЩ 500-ДО (540 кг/м3), кварцевый промытый песок (1560 кг/м3), воду (230 кг/м3) и одну из органических добавок (С-3, Na-КМЦ и ПВА). Состав обычного бетона средней плотности 2200-2500 кг/м3 подбирали по ГОСТ 27007 с учетом влажности заполнителя. Минимальный расход цемента принимали по ГОСТ 10178 и ГОСТ 22266. В качестве контрольных образцов использовался бетон, приготовленный традиционным способом без добавки по методике, изложенной в разделе 2.5. гл.2.
Функциональность применяемых модифицированных добавок низких концентраций анализировалась путем сравнения с образцами, в состав которых включались добавки в количестве, установленном по ТУ и приготовленными традиционным способом. Применение математического планирования экспериментов, позволило выбрать рациональные параметры активации для различных водных систем и тем самым сократить количество опытных замесов с варьированием только концентраций химических добавок. Режим активирования для различных водных систем был принят следующий: - скорость вращения ротора: 3500 об/мин - напряженность электромагнитного поля — 22 мА/м; - время активации 60 сек или 120 сек в зависимости от вида добавки. . Исследование влияния ММА водных систем с органическими добавками С-3, КМЦ и ПВА на технологические свойства бетона Для изучения влияния ММА на подвижность, были приготовлены мелкозернистые цементно-песчаные смеси, по методике, указанной в гл. 2. составы проведена серия специальных экспериментов, при постоянном значении В/Ц = 0,4 для всех составов. Результаты экспериментов сведены в таблице 3.3.1.1. Из данных таблицы 3.3.1.1 следует, что наибольшей подвижностью характеризуется составы под № 3 и 4 (дозировка С-3: 0,002 - 0,005%); под № 2 и 13 (дозировка ПВА: 0,05 - 0,07%); под № 20 и 21 (дозировка Na-КМЦ: 0,005 - 0,01%). Несмотря на увеличение подвижности у этих составов, водоотделение незначительное. Это можно объяснить более полной связанностью бетонной смеси в состоянии покоя. С увеличением же концентрации добавок эффект ММА линейно уменьшается. Так с увеличением концентрации С-3 до 0,01% и более (составы под № 5-7) пластифицирующий эффект активированной добавки снижается, а водоотделение соответственно увеличивается. Аналогично себя ведут себя добавки ПВА и Na-КМЦ.
Результаты исследования подвижности консистенций после приготовления в нормальных условиях через 1 час, показали о достаточно высокой сохраняемости пластифицирующей способности также у- составов под № 3 и 4 (дозировка С-3: 0,002 - 0,005%); под № 2 и 13 (дозировка ПВА: 0,05 - 0,07%); под № 20 и 21 (дозировка Na-КМЦ: 0,005 - 0,01 %) по сравнению с другими составами и с эталоном. Так подвижность консистенций у этих составов с добавкой С-3 и ПВА снизилась только на 10-15 %. С добавкой Na-КМЦ подвижность консистенции вообще не изменилась.
Данное явление можно объяснить снижением скорости зарождения новых фаз, связанной с более полной гидратацией цементного вяжущего. У образца с добавкой ПВА в количестве 1% (состав № 24) потеря подвижности наступила через 0,5 час.
На рис. 3.3.1.1. представлены графики подвижности бетонных смесей различных составов, а на рис. 3.3.1.2. сроки сохранения подвижности в зависимости от концентраций исследуемых модифицированных полимерных добавок. Номера составов соответствуют номерам составов, указанных в таблице 3.3.1.1.
Рисунки иллюстрирует эффективность импульсной ММА только при использовании полимерных добавок низких концентраций в составе водной системы. Полученные результаты согласуются с результатами исследования цементного теста. В составе бетонной смеси модифицированные добавки С-З и КМЦ сохраняют свою пластифицирующую способность, что подтверждается данными таблицы 3.3.1.1. При сравнении с составами содержащие аналогичные добавки, но в количестве в соответствии с ТУ подвижность и сроки сохранения даже несколько выше. Добавка ПВА наоборот приобретает такую способность. Происходит это, как мы полагаем, за счет проявления синергетического эффекта при воздействии импульсной ММА на функциональные группы и радикалы, на их расположения в молекуле и на молекулы воды.
Таким образом, анализ полученных результатов показал, что при постоянном режиме обработки: частоте 3500 об/мин в течение 1-2 минуты и постоянной напряженности электромагнитного поля наиболее значимым фактором при активации является концентрация добавки.
Исследование влияния ММА водных систем с органическими добавками С-3, КМЦ и ПВА на технологические свойства бетонной смеси
Дифференциально-термический анализ исследуемых проб мелкозернистого бетона позволил нам раскрыть особенности химических и физико-химических процессов и вьщвинуть гипотезу, объясняющую изменения в кинетике, а также полученный эффект с научной точки зрения. Несмотря на сложность процессов, протекающих при гидратации и дегидратации, полученные дериватограммы дали возможность установить фазовые превращения гидратных новообразований в цементных композициях. Кинетика происходящих химических и физико-химических процессов указывает, что разложение гидратированных соединений протекает по сложному механизму, характерному для гетерогенного процесса, при этом выявлена различная интенсивность их протекания.
Основные выводы по данной главе, строились исходя из известной обще- принятой теории твердения портландцемента, химии цемента и полимеров развитой известными учеными Баженовым, Рамачадраном, Курбатовым, Гладковым и др. [3, 9, 19, 24], описываемой в главе 1. Опираясь на эти знания, эффект от применения импульсной ММА водных систем с полимерными добавками в микродозах в качестве жидкости затворения, можно объяснить с нашей точки зрения, следующим образом:
Поскольку Са(ОН)г является одним из основных структурных элементов бетона, т.е. матрицей, это однозначно говорит об его главной роли в протекающих процессах как при структурообразовании цементных композиций, так и в процессе их эксплуатации. Для Са(ОН)2 характерна слоистая гексагональная решетка, построенная из трехслойных пакетов НО-Са-ОН имеющая крупные тетраэдриче-ские пустоты, в которые могут легко проникать не только атомы Si (до 25 % Si02 от общей массы), как это показано в [24], но и более крупные ионы с одновремен-ной заменой трех ОН-групп тремя равнообъёмными О . На рис. 4.4.5. представлена элементарная ячейка гидроксида кальция.
Поэтому в нашем случае функциональные группы (a разорванных цепей, образовавшиеся в результате ММА) полимерных добавок С-3, ПВАД и КМЦ, как мы полагаем, легко также могут проникать в кристаллическую решетку гидрооксида кальция, тем самым, перестраивая и превращая её в более плотную упаковку. Причем включенная молекула уже не сможет покинуть своего места из-за слабости ее валентных сил, а ван-дер-ваальсовые силы, действующие на включенную молекулу не будут действовать, т.к. весьма не велики.
Эффект, известный как «кристаллизация в объеме» [87], обусловленный магнитной активацией (в нашей технологии это является завершающим этапом воздействия на жидкость), как мы полагаем, является катализатором физико-химических процессов. Под действием сил Лоренца в магнитном поле молекулы воды начинают совершать колебательные движения, что взывает максимальный резонанс диполей уже реструктурированной воды, который, приводит к лавинному отделению от молекул воды микровключений, в том числе полимеров, которые под действием силы взаимного притяжения вступают во взаимодействие друг с другом. Образовавшиеся новые ионы прикрепляются на поверхности микрокристаллов высвободившегося при гидролизе C3S, интенсифицируя, таким образом, образование центров кристаллизации. 3. Некоторая доля полимеров может вступать в химические реакции с образованием новых веществ, благоприятно сказывающихся на формирование структуры цементных композиций. 4. Находясь в объёме сформировавшейся цементной композиции полимеры, применяемые в качестве добавок, в количестве, установленных ГОСТ, как известно, могут также и негативно сказываться на структурообразующих процессах, а именно, сдерживать полноту реакции гидратации из за большой адсорбционной способности, т. е. создавать пленки на частицах цемента (адсорбента). Известно также, что полимерные добавки могут спровоцировать коррозию, в зависимости от условий эксплуатации. Например, их разбухание - как правило, приводит к деформации закристаллизованной структуры. В нашей работе модифицированные ММА полимерные добавки применяются в микродозах, поэтому, это проявление будет сведено до минимума. Находясь же в цементной композиции полимерные функциональные группы, играют роль сшивки и демпфера, оказывая, тем самым, только положительным влияние на структуру бетона, делая ее более однородной и плотной. Известно, что никакая внешняя пропитка на сегодняшний день не привела к успешным результатам, т.к. капиллярная вода обладает неизмеримо большой удерживающей силой. Поэтому данный метод модификации бетона можно применить для повышения коррозионной стойкости. 5. Изучив кинетику физико-химических процессов, происходящих в цементной композиции, содержащих водорастворимые полимерные добавки с учетом сложившейся теории в области химии цемента и бетона, можно с большой достоверностью сказать - находясь в объёме, функциональные группы полимеров могут служить центрами инициирующими образование кристаллов, но создавая при этом более однородную, плотную мелкозернистую структуру. Результаты дифференциально-термического анализа проб мелкозернистого бетона на основе ММА водной системы, включающей одну из полимерных добавок С-3, ПВА, КМЦ в микродозах позволили нам: раскрыть особенности химических и физико-химических процессов, а также выдвинуть гипотезу, объясняющую изменения в кинетике, что можно использовать для обоснованного управления процессами твердения бетона; выработать рекомендации по выбору наиболее рациональных режимов механомагнитной активации водных систем с целью обеспечения наилучших показателей мелкозернистого бетона.
Исследование механизма физико-химических превращений в композиции: портландцемент + механомагни-тоактивированная вода
Использование ММА водных систем содержащих органические добавки в технологии приготовления бетонной смеси влияет, как уже отмечалось выше, на процессы коагуляции, структуро- и гидратообразования.
Регулирование таких параметров технологического режима, как частота вращения ротора РМИА, продолжительность обработки и варьирование концентрацией органических добавок, в частности С-3, ПВАД и Na-КМЦ дает возможность управлять твердением и физико-механическими свойствами вяжущих материалов с получением целого ряда положительных эффектов, а именно: улучшение удобоукладываемости бетонной смеси; Длительность пластифи-кационного эффекта как минимум в 3 4 раза больше, чем при применении традиционной технологии. интенсифицирование процесса твердения в начальные сроки и повышение прочности бетона; повышение плотности (водонепроницаемости) и морозостойкости бетона; экономия сырья (сокращение расходов воды затворения, химических добавок и цемента). Изделия из модифицированного мелкозернистого бетона превосходят требования ГОСТ практически-по всем показателям. Положительные результаты лабораторных исследований влияния ММА водных систем, содержащих органические добавки затворения на основные свойства бетонной смеси и бетона дали основание рекомендовать их к практическому внедрению в технологию мелкозернистого бетона для изготовления монолитных, сборных железобетонных конструкций, товарных бетонов, а также в технологии цементно-полимерных и пневмобетонов. Оценка характеристик разработанных составов модифицированного мелкозернистого бетона позволяет определить области их применения. Принимая во внимание, что полученные составы характеризуются улучшенными качественными показателями, модифицированный мелкозернистый бетон на основе ММА водных систем содержащих органические добавки (С-3, ПВА, Na-КМЦ) может быть использован для широкого спектра строительства, особенно в монолитном домостроении, т.к. разработанный товарный бетон сохраняет пластифицирующий эффект в 2-3 раза дольше по сравнению с обычным. Изделия из модифицированного мелкозернистого бетона рекомендуется применять при следующих условиях производства работ и эксплуатации конструкций: 1. при возведении несущих и ограждающих конструкций для транспортного, промышленного и гражданского строительства, в том числе подземных и гидротехнических сооружений; 2. при возведении конструкций из бетонов низкой проницаемости, повышенной коррозионной стойкости, прочности и морозостойкости при одновременном обеспечении высокой прочности; 3. при необходимости обеспечения высокой ранней прочности в возрасте 3 суток достаточной для распалубки конструкций и их нагружения; 4. при возведении специальных конструкций с использованием высокопластичных нерасслаивающихся бетонных смесей; 5. при возведении преднапряженных железобетонных конструкций с учетом возможности ранней передачи напряжений с арматуры на бетон; 6. при устройстве высокоплотных и прочных защитных покрытий методом пневмобетонирования («мокрого» торкретирования) и при ремонтно-восстановительных работах на ответственных сооружениях; 7. при устройстве сооружений из бетона сверхнизкой проницаемости для консервации и захоронения отходов. Также можно рекомендовать в качестве полового покрытия промышленных предприятий, пищевых блоков, торговых центров. При этом необходимо принять во внимание, что рациональная область использования ММА водных систем затворения в технологии бетонных работ должна выбираться при строительном и технологическом проектировании с учетом предполагаемых условий бетонирования с отражением дополнительных мероприятий в технологических картах. 1. Проведен сравнительный анализ существующих способов улучшения ка чественных показателей портландцементных бетонов. Найдено, что наиболее пер спективным является применение совместной активации органических добавок и воды затворения. 2. Проведены исследования по модификации мелкозернистого бетона за счет импульсной механомагнитной активации (ИММА) жидкости с целью улучшения его технологических и эксплуатационных характеристик. Развиты представления о механизме взаимодействия цементного вяжущего с механомагнитоак-тивированными (ММА) водными системами с органическими добавками (С-3, ПВА, КМЦ). Изучены физико-механические и физико-химические свойства цементных композиций, затворенных механомагнитоактивированными при различных технологических режимах водными-системами с органическими добавками С-3, ПВА и КМЦ. Уравнения регрессии по каждому отклику позволили выявить наиболее сбалансированное (рациональное) содержание химических добавок в составе цементных композиций, установить режимные параметры активации, а также осуществить возможность проектирования составов модифицированного мелкозернистого бетона (ММЗБ) в зависимости от сферы его применения. Выявлена по результатам ДТГА строгая зависимость кинетических характеристик твердения цемента от технологического регламента активации водных систем с органическими добавками.
