СУЩНОСТЬ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

БЕТОННАЯ СМЕСЬ НА ВОДЕ ЗАТВОРЕНИЯ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО
ОБРАБОТАННОЙ В АПППАРАТЕ УПОВС-2 “МАКСМИР”.

Только из-за низкой однородности показателей качества бетона перерасход цемента составляет 10-15%.

Приготовление бетонной смеси-важнейший технологический этап в комплексе изготовления бетонных изделий и технологии строительного производства. Именно на этом этапе формируется потенциальный уровень характеристик качества бетона, который не может быть исправлен на последующих технологических переделах.

Одним из направлений в области совершенствования этой технологии является активация сырьевых компонентов, в частности воды затворения.

Эффективность активации воды возрастает при сочетании ее с другими технологическими приемами-применение для омагничивания деаэрированной воды, совместное омагничивание с электрическим током и т. д.

Целесообразность применения комбинирванного воздействия физических полей для активации воды затворения бетонов и водоподготовки в целом, давно доказана и не вызывает сомнения. Причем , следует признать приоритет электроактивации перед магнитной обработкой, хотя бы потому, что механизм влияния электрического поля поддается не только логической интерпретации результатов (например, насыщение воды ионами металлов растворимых электродов будет прямо пропорционально перенесенному заряду), но и позволяет в широких пределах изменять ее физико-химические свойства, насыщая воду до нужной концентрации электрическим зарядом. Действие же магнитного поля носит полиэкстремальный характер. Сочетание магнитного, электрического полей и ультразвука - это не простое сложение указанных факторов, а дополнение и усиление действия одного другими. Так, под действием ультразвука усиливается дегазация воды и пассивация электродов, что улучшает и усиливает действие магнитного и электрического полей. Насыщение воды ионами металлов растворимых электродов и дальнейший процесс дегазации воды под действием электрического поля, также способствуют усилению эффективности активации воды магнитным полем. При этом “время жизни” или “магнитной памяти” активированной воды увеличивается как минимум на 7 суток (при магнитной обработке-всего на 15-20 часов).

Указанные методы активации практически не требуют изменения основного технологического процесса приготовления бетонной смеси, однако существенно способствуют улучшению физико-химических и эксплуатационных свойств (повышение качества и подвижности, прочности, морозостойкости, влагонепроницаемости. снижения сроков твердения и распалубки) как самой смеси, так и сборных железобетонных конструкций, а также позволяют управлять процессами твердения и снижать расход цемента.

Решать эти задачи может установка УПОВС-2 “МАКСМИР”, которая относится к безреагентным способам водоподготовки для увеличения удобоукладываемости формовочных смесей и может быть использована при производстве силикатных, керамических, железобетонных, шлакобетонных, пенобетонных и других изделий из аналогичных смесей, в производстве литых бетонных конструкций, а так же в технологиях, основанных на использовании других вяжущих, для которых актуальна проблема удобоукладываемости и увеличения положительной динамики нарастания прочности готовых изделий. Эта же технология хорошо зарекомендовала себя на объектах теплоэнергетики для защиты оборудования и сетей от накипи и коррозии. Она может применяться во всех технологиях, где используется вода.

Конструктивно аппарат УПОВС-2 “МАКСМИР” состоит из камеры электроактивации воды растворимых электродов (анод-алюминий, катод-железо), двух рабочих зазоров для омагничивания воды, с навесными электромагнитными катушками (три ряда), расположенными с двух сторон друг против друга.

На верхней крышке аппарата установлены ультразвуковой прибор и воздухоотводчик, как минимум один, для удаления воздуха и газов. В нижней части аппарата имеется шламосборник. Подающий воду трубопровод и отводящий трубопровод обработанной воды выполнены в верхней части, что обеспечивает движение воды по рабочим камерам и зазорам снизу вверх, обеспечивая ее ламинарный ток, без завихрений.

Нами проведено изучение эффективности активации воды затворения и продолжительности ее “времени жизни” на Подольском ДСК, МО, где в октябре 2007 года в схеме с БСУ установлен аппарат УПОВС-2 “МАКСМИР”, производительностью 5м3/час. Проведенными исследованиями установлены наиболее оптимальные параметры работы аппарата:

• суммарный ток на 6-ти электромагнитных катушках -12А, напряжение -16В.
• ток на электродах электроактивирующей камеры (анод - алюминий, катод-сталь 3) - 4А, напряжение -16В.

При указанных параметрах обработки воды достигнуто раздробление и уменьшение размеров кристаллов солей жесткости более чем в 10 раз, по сравнению с размерами кристаллов солей жесткости в исходной, не обработанной воде. В поле зрения микроскопа при увеличении в 600 раз (кристаллооптический метод контроля оценки качества магнитной обработки воды) практически сплошным полем (85-90%) видны раздробившиеся кристаллы солей жесткости размером 0, 5-1мкм, состоящие преимущественно из арагонитов. Степень активации воды составляет - 90%, что обеспечивает идеальные условия для безнакипной работы теплового оборудования и успешного применения активированной воды для затворения бетонов.

Исследование отобранной пробы воды, обработанной вышеуказанными параметрами в аппарате УПОВС-2 “МАКСМИР” через 7 суток ее хранени я(отобрана -13.11.07 года, исследована - 20.11.07года), показало, что и через 7 дней степень активации воды составляет - 60% т. е. большинство кристаллов находятся в измельченном состоянии. (Методики оценки качества магнитной обработки воды кристаллооптическим способом и экспресс-анализ по методу проф. Помазкину В. А. прилагаются)

Использование методов активации компонентов смеси электрическим и магнитным полем в технологии приготовления бетонной смеси влияет как на процессы коагуляции, структуро-и гидратообразования, так и на возникновение конденсационно-кристализационной структуры цементного камня, которая образуется за счет химического взаимодействия частиц с образованием жесткой объемной структуры. Такие структуры придают телу прочность и не восстанавливаются после разрушения.

Активация компонентов смеси внешними воздействиями, в частности активация воды затворения аппаратом УПОВС-2 “МАКСМИР” позволяет исключить или существенно снизить реагенты (добавки) и автоматизировать как процесс активации самой воды затворения, так и весь процесс приготовления бетонной смеси.

При обработке воды затворения электрическим полем растворимых электродов в камере электроактивации аппарата УПОВС-2 “МАКСМИР”, основным фактором влияющим на дисперсии в области слабых напряженностей электрического поля, являются электрохимические процессы растворения электродов и образования гидроксида металла.

За счет введения в раствор многовалентных ионов алюминия (алюминиевый анод), обладающих перманентным дипольным моментом, появляется возможность оказывать влияние на период индукции и тем самым способствовать возникновению центров кристаллизации. Скорость растворения минералов вяжущего за счет “обновления” растворителя, в котором полимеризующиеся цепочки гидроксида алюминия находятся в движении и способствуют перераспределению ионов, за счет чего и увеличивают продолжительность процесса растворения вяжущего. Идет формирование кристалло-гидратной решетки твердого тела.

Наиболее перспективной парой электродов по проф. Помазкину В. А. являются алюминиевый - анод и медный - катод, хотя возможны и другие пары (анод - алюминий, катод - железо, анод - железо, катод - железо, атакже электроды из магнитной нержавстали и др. ).

В прцессе обогащения обрабатываемой воды ионами металла растворимых электродов последние расходуются. Так , для активирования 1л воды расходуется 3, 5-4 мг алюминия.

Необходимым условием обеспечения эффективности процесса активации воды в аппарате УПОВС-2 “МАКСМИР” является точное соблюдение оптимальных параметров: напряженности магнитного и электрического полей, плотности тока, продолжительности обработки, скорости движения воды.

Важно помнить, что оптимальные режимы обработки воды должны устанавливаться только экспериментальным путем. При этом для определения пределов варьирования устанавливаются наиболее вероятные границы изменения отдельных параметров и их сочетаний, с контролем кристаллооптическим методом или экспресс-анализом по методу проф. Помазкина В. А.

Так, напряженность электрического поля при обработке воды в камере электроактивации может быть назначена исходя из того, что концентрация гидроксида алюминия при растворении материала электрода в результате электрохимических процессов увеличивается непропорционально напряженности электрического поля. Увеличение напряженности выше 50-60В/см приводит к нелинейному увеличению концентрации гидроксида. Кроме того, условия безопасности и охраны труда обязывают использовать напряжение 30-50В/см. При плотности тока от 1 до5Ма/см2 наступает равновесие между процессами растворения металла (алюминия) и образованием пассивирующих пленок, и электрод растворяется равномер-но, без пассивации. Следовательно плотность тока при обработке воды затворения электрическим полем необходимо поддерживать до 5Ма/см2.

Время обработки, применительно к элетроактивации, может назначаться в пределах от долей секунд до нескольких минут. В производственных условиях продолжительность обработки воды не должна задерживать основной процесс приготовления бетонной смеси, т. е. время на обработку воды должно быть примерно равняться времени на дозирование компонентов, их загрузку и прочие операции. Становится понятным, какое важное значение приобретает в данных условиях, возможность активации воды в аппарате УПОВС-2 “МАКСМИР”, с сохранением “времени жизни” или “магнитной памяти” как минимум на 7 суток.

Таким образом, при обработке воды электрическим полем растворимых электродов в камере электроактивации аппарата УПОВС-2 “МАКСМИР” наиболее вероятные границы изменения напряженности электрического поля должны находиться в пределах от 1 до 50В/см, плотности тока от 1 до 5Ма/см2 и прдолжительности обработки - не более от 1 до 20 минут (по данным проф. Юдиной А.Ф.). По данным проф. Помазкина В.А. воду затворения формовочных смесей необходимо насыщать электрическим зарядом до значений 15-26 кКл/м3.

Многочисленными опытными данными эксплуатации магнитных аппаратов получены удовлетворительные результаты противонакипной работы , что связано с активирующим действием омагниченной воды, которые можно учитывать при выборе параметров активации воды затворения. .

Так, для вод с карбонатной жесткостью около 5 мг-экв. /кг, 80-100% противонакипный эффект (степень активации-более 50%) может быть получен при напряженности магнитного поля (500-1000Э) и скорости воды 1-1, 5м/с. Для вод с солесодержанием1000мг/кг, карбонатной жесткостью до 7 мг-экв. /л , при напряженности магнитного поля (1200-1500Э), скорости движения воды 1, 2-2, 5 м/с, времени пребывания воды в активной рабочей зоне магнитного аппарата 0, 02 -0, 05с, можно достичь более 50% степени активации воды, что приемлемо как для теплоэнергетики, так и для затворения бетонов.

Для определения параметров напряженности магнитного поля и скорости движения воды в магнитной части аппарата, обеспечивающих наивысшую степень активации воды затворения проводят следующие мероприятия. Постепенно на пульте увеличивают силу тока на 0,2 - 0,3 - 1А, скорость движения воды на 0,1 - 0,3м/с, против заданных (см. акты испытаний аппарата УПОВС-2 “МАКСМИР” на Подольском ДСК, МО, прилагаются).

Скорость воды в магнитном аппарате не безразлична для получения эффекта омагничивания(активации), хотя и не имеет решающего значения. Оптимальные результаты получены при скоростях воды до 1,0 - 2,5м/с. Проф. Помазкин В. А. при проведении исследований эффективности магнитной активации воды установил наивысшую степень активации-47% при силе тока на магнитных катушка - 2,5А, при скорости движения воды - 0, 60м/с.

Одновременно с изменением параметров в пробах воды (омагниченной и исходной неомагниченной) определяют противонакипный эффект или степень измельчения кристаллов солей жесткости. Параметры, при которых достигнут наилучший эффект (как в нашем примере по ПДСК) принимают для эксплуатации. Периодически проверяют эффективность обработки воды при выбранных параметрах омагничивания и электроактивации. Рекомендуемый постоянный режим работы ультразвукового аппарата при круглосуточной работе -“2” из “1, 2, 3” режимов, что соответствует - 25-45 Гц, при амплитуде колебаний - 2,5 - 4 мкм.

В производственных условиях важно правильно выбрать место установки аппарата УПОВС-2 “МАКСМИР”, что позволит избежать нежелательного действия производственных и магнитотропных факторов (высокой температуры, блуждающих токов, завихрения водных потоков, перепада давления, отключения электроэнергии и т. д.).

ПРАВИЛА УСТАНОВКИ

• путь обработанной воды до смесителя или накопительной емкости должен быть максимально коротким.
• время хранения обработанной воды может быть до 7 суток, но желательно в первое время использовать сразу всю приготовленную воду.
• установка аппарата должна быть вертикальной с тем, чтобы вода проходила камеры электроактивации и магнитной обработки снизу вверх заполняя все пустоты и межэлектродные пространства, и обеспечивался ее ламинарный поток без разбрызгивания и турбуленций. В таком же режиме, без разбрызгивания, вода должна поступать в накопительную емкость или напрямую в смеситель.
• желательно максимально исключить или уменьшить аэрирование воды после обработки.
• аппарат должен быть подключен к узлу автоматики на случай падения давления, отключения электорэнергии и т. д.
• аппарат должен быть защищен от блуждающих токов и заземлен.
• аппарат должен быть установлен на трубопроводе исходной воды, подлежащей обработке по схеме “байпаса”.
• температура воды затворения до 40 - 60°С благоприятствует процессу особенно дегазации воды, что повышает эффективность ее активации.
• неоходимо поддерживать заданный расход воды через аппарат, учитывая, что как перегрузка (более 25% от производительности), так и недогрузка (меньше 50% от производительности) негативно влияют на эффективность активации.
• место установки аппарата на всасе т. е. перед насосом.

Многолетний опыт экспериментальных и производственных испытаний по применению воды затворения активированной физическими факторами(магнитным и электрическим полями, ультразвуком и т. д.), в т. ч. в аппаратах УПОВС “МАКСМИР” доказывает эффективность, простоту и доступность физической активации. Что позволяет получать изделия, прочность которых возрастает по сравнению с изделиями затворенными обычной водой.

Так в Мордовском государственном университете проведены исследования в лабораторных и производственных условиях с применением в технологии приготовления бетонов аппарата УПОВС -1 “МАКСМИР” с сочетанным действием магнитного и электрического полей силой тока 1А. Исследования показали, что активированная таким способом вода позволяет существенно увеличивать подвижность растворных смесей и повышать прочность изделий на 13-20% , а прочность тяжелых бетонов на 18% (см. таблицу).

ВОДА	В/Ц	ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ
		При изгибе	При сжатии
неактивированная	0, 6	2, 62	8, 4
М	0, 53	3, 21	10, 1
Э 1А	0, 57	2, 34	7, 1
М+Э 1А	0, 54	4, 25	12, 9
Э 1А+М	0, 59	3, 23	9, 6

Подвижность растворных смесей (осадка конуса) по данным проф. Юдиной А. Ф. на электроактивированной воде достигала 12-14 см, против 6-8 на необработанной. Прочность образцов увеличивалась до 18% после 7 суток хранения. Появляется возможность сократить расход цемента на 15%.

По данным проф. Помазкина В. А. применение магнитоактивированной (до 38%) воды позволило получить изделия, прочность которых может возрастать до 48%, по сравнению с изделиями, затворенными на обычной воде. Как минимум эффективность магнитной активации воды для получения стабильных положительных результатов должна быть не менее 30-35%. Подвижность бетонных смесей, затворенных омагниченной водой, возрастает на 60-120% по сравнению с бетонными смесями затворенными обычной водой. Следовательно, для затворения смесей необходимо брать омагниченной воды на 15-25% меньше. Применение магнитоактивированной воды ускоряет процесс твердения, позволяя сократить время термообработки железобетонных изделий на 15-20%.

Корректировка заводских норм расхода исходных компонентов бетонной смеси позволит экономить до 20% цемента и воды, отказаться от применения пластифицирующих добавок.

Эффект упрочения изделий, бетонная смесь для которых готовилась на магнитоактивированной воде, возникает лишь тогда, когда для получения необходимой подвижности бетонной массы берут строго оптимальное количество омагниченной воды, т. е. ее количество должно быть гораздо меньше, чем необходимо обычной воды для достижения такой же степени удобоукладываемости.

Анаогичный эффект увеличения подвижности бетонной смеси и упрочения изделий из бетона получен проф. Помазкиным В.А. при затворении бетона электроактивированной водой.

Выполнение работ во время производственных испытаний подтверждают технологическую простоту метода активации воды затворения аппаратом УПОВС “МАКСМИР” и возможность его осуществления без изменения основных технологических процессов и введения новых технологических линий (см.схему).

Технологическая последовательность операции по приготовлению бетонной смеси (обычная)
+ операция по электроактивации воды затворения (уповс "Максмир")
= Бетонная смесь с улучшенными физикохимическими, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Технологический процесс приготовления бетонной смеси на активированной в аппарате УПОВС “МАКСМИР” воде затворения по порядку загрузки материалов в смеситель не изменяется. Продолжительность перемешивания должна строго соответствовать утвержденным рекомендациям. Полученная после перемешивания предварительно подобранных и отдозированных в определенном соотношении компонентов(вяжущие, заполнители, вода затворения) бетонная смесь должна соответствовать предъявляемым к ней требованиям по технологическим показателям качества, а после твердения в заданные сроки при принятых температурно-влажностных условиях обеспечивать нормируемую прочность бетона.

Для получения максимального технологического эффекта от использования активированной воды затворения проводится выбор оптимального режима ее обработки. На первом этапе предварительно назначаются предполагаемые оптимальные параметры и определяется зависимость изменения эффективностим обработки от режимов в выбранных пределах. На втором этапе по найденному максимальному эффекту обработки устанавливаются оптимальные параметры. Выбранные параметры режимов фиксируются в журнале и на пульте управления и в дальнейшем являются рабочими. Всякое последующее изменение режима обработки воды осуществляется с пульта управления.

Источники:
Классен В. И. - Вода и магнитные ситемы.
Помазкин В. А. - Неспецифические физические воздействия на объекты биотехнологии.
Помазкин В. А., Макаева А. А. - Об использовании магнитоактивированной воды затворения бетонных смесей.
Юдина А. Ф. - Бетонная смесь на воде затворения, предварительно обработанной электрическим током.
Экспериментальные работы МИИТа, Мордовского ГУ им. Н. П. Огарева.
Производственные испытания на Подольском ДСК, в МО. и на Ростокинском заводе ДСК-1.