временной фактор в технологии цикловой магнитной активации

Вестник ТГАСУ № 1, 2013
163
УДК 622.733:537.064.32
САФРОНОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент,
v.n.safronov@mail.ru
КУГАЕВСКАЯ СОФЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА, ст. преподаватель,
samano@mail.ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет,
634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ВРЕМЕННОЙ ФАКТОР
В ТЕХНОЛОГИИ ЦИКЛОВОЙ МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ
ВОДЫ ЗАТВОРЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ
В работе рассмотрены аспекты, связанные с влиянием цикловой технологии активации воды и выдержки ее до затворения минеральных вяжущих на свойства твердеющих
композитов. Установлено, что изменение временного фактора активации жидких сред
затворения по цикловой технологии обеспечивает улучшение качества твердеющих
композитов в режимах, отличных от оптимальных условий обработки.
Ключевые слова: вода затворения; активация; цемент; свойства; композит;
цикл обработки; время; бетон.
SAFRONOV, VLADIMIR NIKOLAYEVICH, Ph.D., Assoc. Prof.,
v.n.safronov@mail.ru
KUGAEVSKAYA, SOFJYA ALEKSANDROVNA, lecturer,
samano@mail.ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
THE TIME FACTOR IN THE TECHNOLOGY OF CYCLE
MAGNETIC ACTIVATION OF MIXING WATER OF
MINERAL BINDERS
The paper considers the aspects connected with the properties of hardening composites depended on sustained activated water. It was established that change of the time factor of activation of mixing liquids by cycle technology provides improvement of quality of hardening
composites in a mode different from optimum conditions of processing.
Key words: mixing water; activation; cement; properties; composite; processing
cycle; time.
Технология цикловой магнитной активации воды затворения жидких
сред различных свойств предусматривает воздействие на слабомагнитные вещества, входящие в состав объекта обработки, и на вещества, привнесенные
извне [1, 2]. Последнее в данной технологии достигается обработкой воды
воздушной средой. Практически все вещества жидкой фазы, обладая отрицательной магнитной восприимчивостью, внесенные в магнитное поле, уменьшают его [3]. Обработка жидкой среды потоком воздуха, содержащим кислород и обладающим положительной магнитной восприимчивостью, приводит
к увеличению магнитного поля, воздействующего на систему в целом. Это
 В.Н. Сафронов, С.А. Кугаевская, 2013
164
В.Н. Сафронов, С.А. Кугаевская
улучшает качество строительных материалов, приготовленных на воде затворения, активированной по цикловой технологии [4–7].
Механизм активации воды различного рода воздействиями и до настоящего времени недостаточно изучен. При наложении внешних воздействий
(магнитное поле, электрическое поле, ультразвук и т. п.) вода меняет структуру и свои свойства. При цикловой технологии магнитной активации значительную роль играет газообмен с окружающей средой. Наличие воздушной
фазы в активированной жидкой среде в виде газовых включений различного
размера и срока «жизни» позволяет, на наш взгляд, рассматривать такую систему как эмульсию, состоящую из воздушной фазы и жидкой среды. В качестве эмульгатора такой системы выступает поверхность жидкой фазы на воздушном включении. Согласно модели, предложенной в [9], поверхность воды
имеет отрицательный электрический потенциал, обусловленный накоплением
гидроксильных ионов НО–. По этой причине мелкие газовые включения,
взвешенные в воде, приобретают, как правило, отрицательный заряд и взаимно отталкиваются друг от друга. Наиболее значимым параметром по изменению свойств и устойчивости такой системы является временной фактор в технологии цикловой магнитной активации жидких сред.
При оценке качества образцов композитов на основе портландцемента
использован дифференциальный метод сопоставления единичных показателей
качества по прочности для исследуемых композитов при различных временных условиях цикловой магнитной активации воды затворения и ее последующего технологического применения.
В качестве относительного показателя качества принята величина g, определяемая по формуле
g = Riб/Ri или g = Ri/Riб,
где Ri – значение единичного показателя качества по прочностям активированных образцов в конкретном режиме цикловой магнитной обработки воды
затворения; Riб – значение соответствующего единичного базового показателя
качества по прочности. Для оценки принято отношение показателей, при которых увеличение g отражает улучшение качества.
Результаты оценки дифференциального показателя качества цементного
камня по прочности в зависимости от количества циклов магнитной обработки воды затворения для двух видов портландцемента ПЦ500-Д0 и ПЦ400-Д0,
а также для мелкозернистого бетона приведены на рис. 1.
Рис. 1 демонстрирует изменение дифференциального показателя качества по прочности цементного камня в зависимости от количества циклов
магнитной обработки воды затворения при использовании последней для затворения ПЦ500-Д0 и ПЦ400-Д0. Так, если при затворении ПЦ400-Д0 омагниченной водой в диапазоне циклов магнитной обработки воды затворения
5–25 имеет место полиэкстремальная зависимость прочности цементного
камня, то при затворении цемента ПЦ500-Д0 данная зависимость имеет один
экстремум (максимум). Следует обратить внимание на то, что максимум при
затворении цемента ПЦ500-Д0 наблюдается при количестве циклов магнитной обработки воды затворения, равном 15. Дальнейший рост количества
Временной фактор в технологии цикловой магнитной активации
165
циклов магнитной обработки воды затворения в обоих случаях (как для
ПЦ500-Д0, так и для ПЦ400-Д0) приводит к снижению показателя качества по
прочности цементного камня.
Изменение дифференциального показателя качества по прочности мелкозернистого бетона в диапазоне количества циклов магнитной обработки
воды затворения от 5–25 лежит в интервале величин 1,3–1,41. Максимальное
значение данного показателя имеет место практически при количестве циклов
омагничения, равном 10 и 15 (1,39 и 1,41 соответственно). Общей закономерностью для приведенных трех зависимостей дифференциального показателя
качества по прочности является то, что в исследуемом диапазоне изменения
количества циклов магнитной обработки воды затворения во всех случаях
значения показателя g > 1. Это свидетельствует о том, что прочность активированных композитов больше прочности соответствующих образцов контрольных серий во всем принятом диапазоне изменения количества циклов
магнитной обработки воды затворения. Отметим, что в ряду затворения омагниченной водой ПЦ500-Д0, ПЦ400-Д0 и мелкозернистой смеси достигнуты
превышения прочности, равные 1,25; 1,51 и 1,41 соответственно, над прочностью образцов контрольных серий.
Рис. 1. Изменение показателя качества по прочности цементного камня и мелкозернистого бетона в зависимости от количества циклов магнитной обработки воды затворения:
1 – для мелкозернистого бетона; 2 – для ПЦ400-Д0; 3 – для ПЦ500-Д0
В настоящее время отсутствует единая точка зрения по влиянию временного фактора выдержки омагниченной воды до затворения на прочность
твердеющих структур, приготовленных на основе минеральных вяжущих.
Ряд исследователей утверждают, что эффект имеет место при непосредственном использовании омагниченной воды. При этом полагают, что при
166
В.Н. Сафронов, С.А. Кугаевская
выносе обрабатываемой воды из магнитного поля вода теряет свойства, обеспечивающие возможность ее применения [8].
Проведены экспериментальные исследования прочности цементного
камня на основе ПЦ400 при различной продолжительности выдержки омагниченной воды до затворения при водоцементном отношении, равном 0,4, для
различных исходных циклов магнитной обработки воды затворения (N = 5
и 20 циклов) и различных сроков твердения.
Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Зависимость прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной
воды затворения при количестве циклов магнитной обработки, равном 5
Как видно из рис. 2, 3 прочность цементного камня зависит от времени
выдержки омагниченной воды до затворения при всех принятых нами циклах
магнитной обработки воды затворения. Характер зависимостей прочности
цементного камня от времени выдержки омагниченной воды до затворения
различен для принятых циклов магнитной обработки воды затворения (N = 5;
20 циклов).
Так, если при количестве циклов магнитной обработки воды затворения
равном 5 прочность цементного камня имеет максимум в диапазоне времени
выдержки омагниченной воды 0–20 мин (рис. 2), то при количестве циклов
магнитной обработки воды затворения равном 20 (рис. 3) прочность цементного камня в этом интервале времени выдержки омагниченной воды до затворения монотонно снижается и достигает своего минимального значения при
времени выдержки омагниченной воды до затворения равном 30 мин. При
дальнейшем увеличении времени выдержки омагниченной воды затворения
Временной фактор в технологии цикловой магнитной активации
167
до 48 ч включительно характер зависимостей прочности от времени выдержки
омагниченной воды до затворения также различен. Если при N = 5 имеет место колебательный характер изменения прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной воды до затворения во всем остальном диапазоне, то при N = 20 подобный характер имеет место только при времени выдержки омагниченной воды до затворения равном 1 ч.
В последнем случае дальнейшее увеличение времени выдержки омагниченной воды до затворения в принятом дискретном ряду сроков выдержки
практически не приводит к существенным различиям в значениях прочностей
цементного камня от прочности, имеющей место при времени выдержки
омагниченной воды до затворения, равном 1 ч.
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что экспериментально получено при выдержке омагниченной воды до затворения для всех значений ее обработки (N = 5 и 20 циклов) превышение прочности цементного камня не только при «нулевой» выдержке омагниченной воды до затворения, но
и при ряде других временных значениях выдержки омагниченной воды до
затворения, отличных от «нулевых» значений. Так, при N = 5 превышение
имеет место при времени выдержки омагниченной воды до затворения, равном 24 ч, а при N = 20 такое превышение получено при временах выдержки
омагниченной воды до затворения, равных 1, 2, 3, 24, 48 ч. Причем в последнем случае, как отмечалось выше, для указанных сроков выдержки превышение является постоянной величиной.
Рис. 3. Зависимость прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной
воды при количестве циклов магнитной обработки, равном 20
168
В.Н. Сафронов, С.А. Кугаевская
Увеличение срока естественного твердения цементного камня до 48 сут
(рис. 4) не изменяет существенно отмеченные выше закономерности, имеющие место при твердении цементного камня в 28-суточном сроке при прочих
равных условиях.
Проведены экспериментальные исследования прочности портландцемента с содержанием активных минеральных добавок доменного гранулированного шлака при различных временах выдержки омагниченной воды до затворения. В исследованиях был принят портландцемент ПЦ400-Д20. При выполнении экспериментальных исследований было принято постоянство
водоцементного отношения, равное 0,4, и количество циклов магнитной обработки воды затворения N = 5 и N = 20. Одновременно определялась прочность
образцов контрольной серии, приготовленных на неактивированной воде затворения. Время выдержки омагниченной воды до затворения принималось
дискретным в диапазоне 0–48 ч и с аналогичной продолжительностью, отмеченной выше.
Рис. 4. Зависимость прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной
воды до затворения, при количестве циклов магнитной обработки, равном 20
Результаты экспериментальных исследований зависимостей прочности
твердеющей композиции от времени выдержки омагниченной воды до затворения при количестве циклов магнитной обработки N = 5 и N = 20 приведены
на рис. 5 и 6 соответственно.
Как видно из рис. 5 и 6, зависимости прочности цементного камня на
основе ПЦ400-Д20 от выдержки омагниченной воды до затворения имеют
колебательный характер как при первоначальном цикле магнитной обработки
воды N = 5, так и при N = 20. Однако эти зависимости различаются между собой. Так, если при количестве циклов магнитной обработки N = 5 в диапазоне
Временной фактор в технологии цикловой магнитной активации
169
времени выдержки омагниченной воды до затворения 0–60 мин колебательный процесс носит нарастающий характер, то при количестве циклов магнитной обработки N = 20 колебательный процесс носит ниспадающий характер.
Дальнейшее увеличение времени выдержки омагниченной воды до затворения в диапазоне 1–48 ч также приводит к различию кривых зависимостей
прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной воды до
затворения при количестве циклов магнитной обработки N = 5 и N = 20.
В первом случае имеет место редкое снижение прочности (даже ниже прочности контрольной серии) цементного камня при времени выдержки омагниченной воды до затворения, равном 2 ч, и плавно нарастающий характер процесса
до времени выдержки омагниченной воды до затворения, равном 48 ч включительно. Обращает на себя внимание полученный факт, что при малых циклах магнитной обработки воды затворения (рис. 5, N = 5) практически все
значения прочностей цементного камня в принятом диапазоне дискретных
величин выдержки омагниченной воды до затворения лежат выше значения
прочности при выдержке омагниченной воды до затворения, равной 0 (за исключением выдержки омагниченной воды до затворения, равной 2 ч). При
больших циклах магнитной обработки воды затворения (рис. 6, N = 20) подобное превышение имеет место только при продолжительности выдержки
омагниченной воды до затворения, равной 30 и 50 мин, а также 2 и 48 ч.
Рис. 5. Зависимость прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной
воды до затворения при количестве циклов магнитной обработки, равном 5
Из сравнения зависимостей рис. 2 и 3 с полученными данными для
портландцемента ПЦ400-Д20 (рис. 5 и 6 соответственно) наглядно видно различие в ходе кривых изменения прочностей цементного камня в зависимости
170
В.Н. Сафронов, С.А. Кугаевская
от времени выдержки омагниченной воды до затворения. И более того, в последнем случае имеет место более существенная разница в прочностях активированного цементного камня при выдержке омагниченной воды затворения,
отличной от нулевого значения.
Рис. 6. Зависимость прочности цементного камня от времени выдержки омагниченной
воды до затворения при количестве циклов магнитной обработки, равном 20
Установленные экспериментальные закономерности по влиянию временного фактора цикловой технологии активации жидких сред затворения
вяжущих на свойства строительных материалов позволяют считать объект
обработки, принятый в работе, как дисперсную систему класса газовых
эмульсий с регулируемой удельной поверхностью раздела фаз в процессе активации и изменением электрического потенциала среды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сафронов, В.Н. Электрофизические технологии активации строительных материалов /
В.Н. Сафронов. – Томск : Изд-во ТГАСУ, 2006. – 140 с.
2. Цикловая магнитная активация газонаполненных жидких сред затворения цементных
систем / В.Н. Сафронов, Ю.С. Саркисов, С.А. Кугаевская [и др.] // Вестник ТГАСУ. –
2009. – № 4. – С. 89–99.
3. Справочник по электротехническим материалам. Магнитные, проводниковые, полупроводниковые и другие материалы / К.А. Андрианов, Н.П. Богородицкий, Ю.В. Корицкий [и др.]. – М.; Л. : Госэнергоиздат, 1960. – 511 с.
4. Свойства твердеющих композиций на омагниченной воде / В.Н. Сафронов, Г.Г. Петров,
С.А. Кугаевская [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2005. – № 1. – С. 134–142.
Временной фактор в технологии цикловой магнитной активации
171
5. Safronov, V.N. Undersuchung des Einflusses einer magnetischen Behandlung auf die Eigenschaften keramischer Materialien / V.N. Safronov, S.N. Sokolova // Keramishe zeitschrift. –
2005. – № 1. – S. 10–13.
6. Zur Eigenschaftsbeeinflussung bei der Herstellung von Baumaterialien unter Verwendung von
Fluoranhydrit / A.D. Kudiakov, L.A. Anikanova, V.N. Safronov [etc.] // Internationale
Baustofftagung (Ibausil). Tagungsbericht. – 2006. – В. 1. – S. 749–758.
7. Формирование структур твердения в системе «низинный торф – активированная вода» / Н.О. Копаница, М.А. Ковалева, В.Н. Сафронов [и др.] // Вестник ТГАСУ. – 2009. –
№ 2. – С. 111–120.
8. Маленков, Г.Г. Структура воды. Физическая химия. Современные проблемы / Г.Г. Маленков ; под. ред. Я.М. Колотыркина. – М. : Химия, 1984. – 132 с.
9. Collacicco, G. Electrical potential of the water surface / G. Collacicco // Chemica Scripta. –
1988. – V. 28. – № 2. – Р. 141–144.
REFERENCES
1. Safronov V.N. Jelektrofizicheskie tehnologii aktivacii stroitel'nyh materialov [Electrophysical
technologies of activation of building materials]. – Tomsk : Izd-vo TGASU [TGASU Publ.],
2006. – 140 p.
2. Safronov V.N., Sarkisov Ju.S., Kugaevskaja S.A. Ciklovaja magnitnaja aktivacija gazonapolnennyh zhidkih sred zatvorenija cementnyh sistem [Cyclic activation of the gas-filled
magnetic liquid media mixing of cement systems] // Vestnik TGASU [Proceedings of State
University of Architecture and Building]. – 2009. – No. 4. – P. 89–99.
3. Andrianov K.A., Bogorodickij N.P., Korickij Ju.V. Spravochnik po jelektrotehnicheskim materialam. Magnitnye, provodnikovye, poluprovodnikovye i drugie materialy [Handbook of electrotechnical materials. Magnetic, conducting, semiconducting and other materials]. – Moscow ; L. : Gosjenergoizdat, 1960. – 511 p.
4. Safronov V.N., Petrov G.G., Kugaevskaja S.A. Svojstva tverdejushhih kompozicij na omagnichennoj vode [Properties of hardening compositions on magnetic water ] // Vestnik TGASU
[Proceedings of State University of Architecture and Building]. – 2005. – No. 1. – P. 134–142.
5. Safronov V.N., Sokolova S.N. Undersuchung des Einflusses einer magnetischen Behandlung
auf die Eigenschaften keramischer Materialien // Keramishe zeitschrift. – 2005. – No. 1. –
P. 10–13.
6. Kudiakov A.D., Anikanova L.A., Safronov V.N. [etc.] Zur Eigenschaftsbeeinflussung bei der
Herstellung von Baumaterialien unter Verwendung von Fluoranhydrit // Internationale
Baustofftagung (Ibausil). Tagungsbericht. – 2006. – V. 1. – P. 749–758.
7. Kopanica N.O., Kovaleva M.A., Safronov V.N. [i dr.]. Formirovanie struktur tverdenija v sisteme «nizinnyj torf – aktivirovannaja voda» [Structure formation of hardening in the "lowland
peat - activated water] // Vestnik TGASU [Proceedings of State University of Architecture and
Building]. – 2009. – No. 2. – P. 111–120.
8. Malenkov G.G. Struktura vody. Fizicheskaja himija. Sovremennye problemy [The structure of
water. Physical chemistry. Modern Problems]. – Moscow : Himija, 1984. – 132 p.
9. Collacicco G. Electrical potential of the water surface // Chemica Scripta. – 1988. – V. 28. –
No. 2. – P. 141–144.