влияние электронно лучевой обработки водной фазы на

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО - ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ ВОДНОЙ ФАЗЫ НА
ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТОВ
http://agiostroy.ru/magazine/4.html
Л.Б.Сватовская, д.т.н., профессор
С.В.Мякин, к.х.н
И.В.Васильева, к.х.н
А.М.Сычева, к.т.н., доцент
Состояние водной фазы при твердении цементных паст оказывает значительное влияние на прочностные
характеристики получаемых образцов. В частности, в серии предыдущих работ [1] было показано, что
прочность цементных композиций зависит от кислотности водной среды, при этом повышение прочности
наблюдается при увеличении содержания свободных протонов (снижении рН) за счет связывания
образующейся в результате гидратации цемента щелочи. Достижение рассматриваемого эффекта
осуществлялось посредством введения различных наполнителей, обеспечивающих изменение
кислотности среды за счет взаимодействия с водной фазой. Вместе с тем известно, что химическое
модифицирование цементных паст не всегда целесообразно, поскольку многие ионы, выделяющиеся при
растворении вводимых добавок, оказывают негативное влияние на процесс твердения. В связи с этим
большой интерес представляет разработка нехимических способов изменения состояния водной фазы. В
продолжение ранее успешно проведенных исследований по применению электронно-лучевой обработки
для модифицирования вводимых в цемент оксидных наполнителей [2] этот метод, отличающийся
высокоэффективным воздействием на электронную структуру материалов, был использован для
предварительной обработки воды затворения цементных паст.
Обработку дистиллированной воды порциями объемом 20 мл проводили на воздухе с использованием
среднеэнергетичного ускорителя электронов резонансно-трансформаторного типа при значениях энергии
электронов 900 кеВ, токе 0,5 мА и поглощенной дозе 25, 100, 200 и 1000 кГр. Обработанные образцы, а
также контрольную (не подвергнутую электронно-лучевому воздействию) воду использовали для
приготовления цементных паст, которые затем набирали прочность в течение 7 и 28 суток в различных
условиях: при +20° С и при –20° С.
Рис. 1. Зависимость прочности цементных
образцов от поглощенной дозы при
обработке воды затворения
Полученные результаты (рис. 1) показывают, что электронно-лучевая обработка воды приводит к
существенному повышению прочности получаемых с ее использованием цементных материалов. При
твердении в нормальных условиях в течение 7 суток наибольший эффект был достигнут при поглощенной
дозе 100 кГр (прирост прочности составил 20,3 %), а во всех остальных случаях – при ее минимальном
значении 25 кГр (при нормальном твердении в течение 28 суток – 71 %; при –20° С в течение 7 суток –
29,2 %; при –20° С в течение 28 суток – 24%).
Наблюдаемый эффект предположительно объясняется следующими процессами, протекающими при
обработке воды ускоренными электронами. При малых значениях поглощенной дозы (25 кГр) может
происходит ионизация отдельных молекул воды с их расщеплением на радикалы и образованием
свободных протонов и ионов гидроксония Н3О+ (обладающих значительно более высокой подвижностью
в сравнении с одновременно образующимися гидроксилами), что, как было указано выше, приводит к
увеличению набора прочности цементных образцов. В случае твердения при отрицательной температуре
нарушенная структура воды «замораживается» и сохраняется в течение длительного времени, чем
обусловлено наблюдаемое при –20° С стабильное повышение прочности полученных образцов,
содержащих воду, обработанную при 25 кГр. При нормальном твердении наилучшие показатели, в случае
твердения в течение 7 суток, наблюдаются при более высокой поглощенной дозе (100 кГр), которая,
вероятно, вызывает более глубокие изменения в водной среде, связанные с частичным разрушением
кластерной надмолекулярной структуры воды и обеспечивающие более длительное сохранение
повышенного содержания свободных протонов. Вместе с тем, в случае твердения при нормальных
условиях в течение 28 суток, экстремально резкое возрастание прочности наблюдается при использовании
воды, обработанной при поглощенной дозе 25 кГр. Это может быть связано с изменениями,
происходящими на начальных стадиях твердения, когда наибольшая активность свободных протонов и
ионов гидроксония появляется именно при таких условиях (малая поглощенная доза и высокая
подвижность при положительной температуре). В целом, с повышением поглощенной дозы
положительный эффект нивелируется, скорее всего за счет подщелачивания водной фазы в результате ее
пересыщения электронами.
Проведенные рентгенофазовые исследования показали, что при использовании обработанной воды
затворения образцы из цементных паст характеризуются повышенной гидратационной активностью с
образованием кристаллических гидросиликатов, что и обеспечивает образцам более интенсивный набор
прочности в сравнении с контрольным образцом.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о перспективности применения
безреагентных, в частности связанных с использованием ускоренных электронов, методов обработки
водной фазы для улучшения прочностных свойств цементных материалов.
Литература.
1. L.В. Svatovskaya, A.M. Sychova, I.V. Vasylieva, S.V.Myakin. А new understanding of cement hydration
on the level electrons// International Congress “Challenges of concrete construction” Scotland, UK 2002.
2. Мякин С.В., Васильева И.В., Сватовская Л.Б., Сычева А.М., Корсаков В.Г., Рылова Е.В. Влияние
электронно-лучевого модифицирования оксидных наполнителей на прочность цементных смесей.
«Новые исследования в материаловедении и экологии. Вып. 1». Сборник научных статей. СПетербург, 2001 г.